题目内容

科学家预言，燃料电池是21世纪获得电能的重要途径．一种甲烷燃料电池是采用铂作电极催化剂，电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过．其工作原理的示意图如下：

请回答下列问题：

(1)Pt(a)电极是电池的________极，其电极反应式为________．

Pt(b)电极发生________反应(填“氧化”或“还原”)，其电极反应式为________．

(2)如果该电池工作时电路中通过2 mol电子，则消耗CH4的物质的量为________mol．

(3)25℃、101 kPa时，若CH4在氧气中直接燃烧生成1 mol水蒸气放热401 kJ，写出该反应的热化学方程式________；若lg水蒸气转化成液态水放热2.445 kJ，则CH4的燃烧热为________kJ/mol．

答案：
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甲醇是一种很好的燃料，被称为21世纪的新型燃料．
工业上可通过H2和CO化合制备甲醇，该反应的热化学方程式为：
CO（g）+2H2（g） CH3OH（g）△H1=-116kJ?molˉ1
（1）已知：CO（g）+
1
2
O2（g）=CO2（g）△H2=-283kJ?molˉ1
           H2（g）+
1
2
O2（g）=H2O （g）△H3=-242kJ?molˉ1
1mol甲醇燃烧生成CO2和水蒸气放出
651
651
kJ的热量．
（2）在压强为0.1MPa条件下，将a mol CO与 3a mol H2的混合气体在催化剂作用下在VL容器中制备甲醇．
①若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是
BD
BD
．
A．升高温度                    B．将CH3OH（g）从体系中分离
C．充入He，使体系总压强增大   D．再充入1mol CO和3mol H2
②为了寻找合成甲醇的温度和压强的适宜条件，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下面实验设计表中．
实验编号 T（℃） n（CO）/n（H2） P（MPa）
1 150 1/3 0.1
2 a 1/3 5
3 350 b 5
A．则上表中剩余的实验条件数据：a=
150
150
、b=
1/3
1/3
．
B．根据反应特点，右上图是在压强分别为0.1MPa和5MPa下CO的转化率随温度变化的曲线图，请指明图中的压强P1=
0.1
0.1
MPa．
③100℃时，CH3OH（g） CO（g）+2H2（g）反应的平衡常数为
4a2
V2
4a2
V2

（用含a、V的代数式表示）．
（3）科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电力的重要途径，而甲醇燃料电池具备甲醇燃料容易携带、容易存储等优点，目前被认为将会替代传统的电池成为携带型设备的主要电源．右图是甲醇的质子交换膜型燃料电池模型．写出其电极反应式
正极：
3O2+12e-+12H+→6H2O
3O2+12e-+12H+→6H2O

负极：
2CH4O-12e-+2H2O→12H++2CO2
2CH4O-12e-+2H2O→12H++2CO2
．
附加题：科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电力的重要途径，美国已计划将甲醇燃料电池用于军事目的．一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解液中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气．回答下列问题：（甲醇的化学式：CH3OH）
（1）此电极的正极发生的电极反应式是
3O2+12H++12e-═6H2O
3O2+12H++12e-═6H2O
；
负极发生的电极反应式是
2CH3OH+2H2O-12e-═12H++2CO2
2CH3OH+2H2O-12e-═12H++2CO2
．
（2）电解液中的H+离子向
正
正
极移动；向外电路释放电子的电极是
负
负
极．
（3）比起直接燃烧燃料产生电力，使用燃料电池有许多优点，其中主要有两点：首先是燃料电池的能量转化效率高，其次是
污染少
污染少
．
科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电力的重要途径，美国已计划将甲醇燃料电池用于军事目的。一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解液中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。

完成下列问题：

（1）这种电极放电时发生的化学反应方程式是____________________________________。

（2）此电极的正极发生的电极反应式是__________；负极发生的电极反应式是__________。

（3）电解液中的H+向__________极移动；向外电路释放电子的电极是__________。

（4）比起直接燃烧燃料产生电力，使用燃料电池有许多优点，其中主要有两点：首先是燃料电池的能量转化效率高，其次是__________________________________________________。

(8分)科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电源的重要途径。近几年开发的甲烷燃料电池是采用铂作电极催化剂，电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过。其工作原理的示意图如下：

 

  (1)电极上的反应式为                                                ；

  (2)电极上的反应式为                                                ；

  (3)原电池的总反应是                                                      ；

  (4)若电池工作时电路中通过4mol电子，则用去的在标准状况下的体积为           L。

 

（10分）科学家预言，燃料电池将是2l世纪获得电力的重要途径。一种甲醇燃料电池是采用铂或炭化钨作电极，在硫酸电解液中直接加入净化后的甲醇。同时向一个电极通入空气。

回答如下问题：

(1)配平电池放电时发生的化学反应方程式：

□CH3OH+□O2→□CO2+□H2O

(2)在硫酸电解液中，CH3OH(C为－2)失去电子。此电池的正极发生的反应是　　　　　　　　　　　　　，负极发生的反应是　　　　　　　　　　　　。

(3)电解液中的H+向        极移动；向外电路释放电子的电极是        。

(4)比起直接燃烧燃料产生电力，使用燃料电池有许多优点，其主要有两点：首先燃料电池的能量转化效率高，其次是　　　　。

(5)甲醇燃料电池与氢氧燃料电池相比．其主要缺点是甲醇燃料电池的输出功率较低．但其主要优点是　　　　　。

 

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