Question

14．质子交换膜燃料电池广受关注．
（1）质子交换膜燃料电池中作为燃料的H₂通常来自水煤气．
已知：C（s）+O₂（g）═CO（g）△H₁=-110.35kJ•mol^-1
2H₂O（l）═2H₂（g）+O₂（g）△H₂=+571.6kJ•mol^-1
H₂O（l）═H₂O（g）△H₃=+44.0kJ•mol^-1
则C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H₄=+131.45kJ/mol．
（2）燃料气（流速为1800mL•h^-1；体积分数为50% H₂，0.98% CO，1.64% O₂，47.38% N₂）中的CO会使电极催化剂中毒，使用CuO/CeO₂催化剂可使CO优先氧化而脱除．
①160℃、CuO/CeO₂作催化剂时，CO优先氧化反应的化学方程式为2CO+O₂$\frac{\underline{\;CuO/CeO_{2}\;}}{160℃}$2CO₂．
②灼烧草酸铈[Ce₂（C₂O₄）₃]制得CeO₂的化学方程式为Ce₂（C₂O₄）₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CeO₂+4CO↑+2CO₂↑．
③在CuO/CeO₂催化剂中加入不同的酸（HIO₃或H₃PO₄），测得燃料气中CO优先氧化的转化率随温度变化如图1所示，加入HIO₃（填酸的化学式）的CuO/CeO₂催化剂催化性能最好．催化剂为$\frac{CuO}{Ce{O}_{2}}$-HIO₃，120℃时，反应1h后CO的体积为3.528mL．
（3）图2为甲酸质子交换膜燃料电池的结构示意图．该装置中a（填“a”或“b”）为电池的负极，负极的电极反应式为HCOOH-2e^-=CO₂+2H⁺

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律来计算化学反应的焓变；
（2）①160℃、CuO/CeO₂作催化剂时，CO优先氧化为二氧化碳；
②灼烧草酸铈[Ce₂（C₂O₄）₃]，分解制得CeO₂、一氧化碳以及二氧化碳，配平方程式即可；
③CuO/CeO₂催化剂催化性能最好，即化学反应速率最快，据图象来回答；催化剂为CuO/CeO₂-HIO₃，120℃时，CO的转化率是80%来计算回答；
（3）在燃料点池中，氢离子移向正极，在负极上发生燃料失电子的氧化反应．

解答 解：（1）已知：①C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H₁=-110.35kJ•mol^-1
②2H₂O（l）═2H₂（g）+O₂（g）△H₂=+571.6kJ•mol^-1
③H₂O（l）═H₂O（g）△H₃=+44.0kJ•mol^-1
则：反应C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）可以是①+②×$\frac{1}{2}$-③得到，所以△H₄=①+②×$\frac{1}{2}$-③=（-110.35kJ•mol^-1）+（571.6kJ•mol^-1）×$\frac{1}{2}$-44.0kJ•mol^-1
=+131.45kJ/mol，故答案为：+131.45kJ/mol；
（2）①160℃、CuO/CeO₂作催化剂时，CO优先氧化为二氧化碳，方程式为：2CO+O₂$\frac{\underline{\;CuO/CeO_{2}\;}}{160℃}$2CO₂，故答案为：2CO+O₂$\frac{\underline{\;CuO/CeO_{2}\;}}{160℃}$2CO₂；
②灼烧草酸铈[Ce₂（C₂O₄）₃]，分解制得CeO₂、一氧化碳以及二氧化碳，即   Ce₂（C₂O₄）₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CeO₂+4CO↑+2CO₂↑，故答案为：Ce₂（C₂O₄）₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CeO₂+4CO↑+2CO₂↑；
③CuO/CeO₂催化剂催化性能最好，即化学反应速率最快，据图象知道当HIO₃加入时，催化性能最好，催化剂为CuO/CeO₂-，120℃时，CO的转化率是80%，气体混合物流速为1800mL•h^-1；体积分数为：0.98%的CO，则反应1小时后CO的体积为$\frac{1}{4}$×1800×1×0.98%×80%=3.528，故答案为：HIO₃；3.528；
（3）在燃料点池中，氢离子移向正极b极，所以a是负极，在负极上发生燃料失电子的氧化反应：HCOOH-2e^-=CO₂+2H⁺，故答案为：a；HCOOH-2e^-=CO₂+2H⁺．

点评 本题目综合考查学生电化学、热化学、盖斯定律的应用等综合知识，注意知识的归纳和整理是关键，难度中等．