题目内容

甲醇-空气燃料电池（DMFC）是一种高效能、轻污染电动汽车的车载电池，该燃料电池的电池反应式为：CH3OH（l）+
32
O2（g）═CO2（g）+2H2O（l）．其工作原理示意图如下：

请回答下列问题：
（1）写出甲图中b、c两个入口通入的物质名称（或化学式）b
甲醇
甲醇
c
氧气
氧气

（2）负极的电极反应式为
CH3OH+H2O-6e-═CO2+6H+
CH3OH+H2O-6e-═CO2+6H+
．
（3）用该原电池电解AgNO3溶液，若Fe电极增重5.4g，则燃料电池在理论上消耗的氧气的体积为
280
280
mL（标准状况）
分析：（1）根据氢离子的移动方向知，右边电极是正极，左边电极是负极，负极上燃料失电子发生氧化反应，正极上氧化剂得电子发生还原反应，据此判断b、c电极上的物质；
（2）负极上甲醇失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子；
（3）根据转移电子守恒计算．
解答：解：（1）根据氢离子的移动方向知，右边电极是正极，左边电极是负极，负极上投放燃料甲醇，正极上投放氧化剂氧气，故答案为：甲醇；氧气；
（2）负极上甲醇失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为：CH3OH+H2O-6e-═CO2+6H+，故答案为：CH3OH+H2O-6e-═CO2+6H+；
③电解硝酸银溶液中，阴极上析出银，阳极上生成氧气，根据转移电子守恒知，氧气的体积=
5.4g
108g/mol
×22.4L/mol
4
=0.28L=280mL，故答案为：280．
点评：本题考查燃料电池，明确燃料电池中正负极上得失电子是解本题关键，难点是书写电极反应式，注意要结合电解质溶液的酸碱性书写，为易错点．
练习册系列答案
相关题目
甲醇是一种新型的汽车动力燃料，工业上可通过CO和H2化合制备甲醇，该反应的热化学方程式为：CO（g）+2H2（g）
常温
 CH3OH （g）△H1 （反应Ⅰ）该反应的原料CO和H2本身都可作为燃料提供动力，已知这两种物质燃烧的热化学方程式为：
CO（g）+
1
2
O2（g）=CO2（g）△H2=-283kJ?mol-1  （反应Ⅱ）
H2（g）+
1
2
O2（g）=H2O（g）△H3=-242kJ?mol-1  （反应Ⅲ）
某些化学键的键能数据如下表：
化学键 C-C C-H H-H C-O C≡O H-O
键能/kJ?mol-1 348 413 436 358 1072 463
CO的结构为C≡O，请回答下列问题：
（1）反应Ⅰ的焓变△H1=
-116 kJ?mol-1
-116 kJ?mol-1
．
（2）CH3OH （g）燃烧生成CO2（g）和H2O（g）的热化学方程式为：CH3OH（g）+
3
2
O2（g）=CO2（g）+2H2O（g）△H4该反应的焓变△H4=
-651 kJ?mol-1
-651 kJ?mol-1
．
（3）甲醇-空气燃料电池（DMFC）是一种高效能、轻污染电动汽车的车载电池，该燃料电池的电池反应式为：CH3OH（l）+
3
2
O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）．其工作原理示意图如下：

①在图的横线上标出a、b、c、d四个出入口通入或排出的物质名称（或化学式）
②负极的电极反应式为
CH3OH（l）+H2O（l）-6e-=CO2（g）+6H+
CH3OH（l）+H2O（l）-6e-=CO2（g）+6H+
．
（2012?丹东模拟）能源短缺是人类面临的重大问题．甲醇是一种可再生能源．具有广泛的开发和应用前景．因此甲醇被称为21世纪的新型燃料．
（1）已知在常温常压下：
①2CH3OH（l）+3O2（g）═2CO2（g）+4H2O（g）△H=_1275.6kJ?mol-1
②H2O（l）═H2O（g）△H=+44.0kJ．mol-1
写出表示甲醇燃烧热的热化学方程式：
CH3OH（g）+
3
2
O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-725.8kJ/mol
CH3OH（g）+
3
2
O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-725.8kJ/mol
．
（2）工业上一般采用下列两种反应合成甲醇：
反应A：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H1
反应B：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H2
取五份等体积CO2和H2的混合气体（物质的量之比均为1：3），分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中，发生上述反应，反应相同时间后，测得甲醇的体积分数φ（CH3OH） 与反应温度T的关系曲线如图所示，则上述CO2转化为甲醇的反应的△H1
＜
＜
0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②对于反应A，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．增加CO2的量
C．充入He，使体系总压强增大             D．按原比例再充入CO2和H2
③某温度下，将4mol CO和12mol H2，充入2L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c（CO）=0.5mol?L-1，则该温度下该反应的平衡常数为
0.33
0.33
．
④．某种甲醇-空气燃料电池是采用铂作为电极，稀硫酸作电解质溶液．其工作时负极的电极反应式可表示为
CH3OH-6e-+H2O=6H++CO2↑
CH3OH-6e-+H2O=6H++CO2↑

（3）对燃煤烟气中的SO2、NO2设物质的量之比为1：1，与一定量的氨气、空气反应，生成硫酸铵和硝酸铵的混合物作为副产品化肥，则该反应的化学方程式为
12NH3+3O2+4SO2+4NO2+6H2O=4（NH4）2SO4+4NH4NO3
12NH3+3O2+4SO2+4NO2+6H2O=4（NH4）2SO4+4NH4NO3
．
（4）在一定物质的量浓度的硝酸铵溶液中滴加适量的NaOH溶液，使溶液的pH=7，则溶液中c（Na+）+c（H+）
＜
＜
 c（NO3-）+c（OH-）（填写“＞”“=”或“＜”）
低碳生活是一种时尚的生活理念，倡导人们降低节能、有效开发利用CO2．
（1）若用如图所示装置，以CO2和H2为原料制备甲醇，发生反应CO2+3H2
 通电 
.
 
CH3OH+H2O；H2应从电解池的
 
（填电极名称）通入；其中b电极的电极反应方程式为
 

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（2）最近有人利用ZrO2作为固体电解质（能传导O2-）制造出了常温下的甲醇-空气燃料电池，当原电池中有0.5mol 甲醇消耗时，产生最大电能为360.0KJ．则负极消耗O2-的物质的量为
 
mol．若该燃料电池所产生的最大电能与甲醇常温下燃烧所释放的全部能量之比为9：10，则表示CH3OH 燃烧热的热化学方程式为：
 
．
I、超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层．科学家正在研究利用催化技术处理尾气，化学方程式为2NO+2CO
催化剂
2CO2+N2，为了测定在某种催化剂作用下的反应速率，在某温度下用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如下表：
时间/s 0 1 2 3 4 5
c（NO）/mol?L-1 1.00×10-3 4.50×10-4 2.50×10-4 1.50×10-4 1.00×10-4 1.00×10-4
c（CO）/mol?L-1 3.60×10-3 3.05×10-3 2.85×10-3 2.75×10-3 2.70×10-3 2.70×10-3
请回答（均不考虑温度变化对催化效率的影响）：
（1）若上述反应的平衡常数K，随温度增高而减小，则反应的△H
 
0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）前2s内的平均反应速度v（N2）=
 
．
（3）该温度下，反应的平衡常数K=
 
．
II、甲醇空气燃料电池（酸性电解质溶液）的工作原理如图一所示．精英家教网
（1）该电池正极的电极反应式为
 
．
（2）以上述电池为电源，构成图二电解池，其中X、Y为石墨，a为KCl溶液，写出电解总反应的离子方程式
 
．
（3）常温时，按“（2）”电解一段时间后，取25mL上述电解后的溶液，滴加0.2mol/L的醋酸溶液，滴加过程的pH变化如图三所示，则C点对应溶液中各离子浓度的大小关系为（忽略电解后溶液中的其他成分，只考虑其中的碱与加入的酸）
 
．
近年来，各国加速推进燃料电池的研发．燃料电池的燃料有氢气、甲醇等．
（1）通过下列硫--碘循环工艺可制得燃料电池的燃料氢气：
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①该循环工艺过程的总反应方程式为
 
．
②用化学平衡移动的原理分析，在HI分解反应中使用膜反应器分离出H2的目的是
 

（2）二氧化碳是地球温室效应的罪魁祸首，目前人们处理二氧化碳的方法之一是使其与氢气反应合成甲醇．已知氢气、甲醇燃烧的热化学方程式如下：
2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）；△H=-283.0kJ?mol-1…①
2CH3OH（1）+3O2（g）→2CO2（g）+4H2O（1）；△H=-726.0kJ?mol-1…②
写出二氧化碳与氢气合成甲醇液体的热化学方程式
 
．
（3）甲醇--空气燃料电池是利用稀土金属氧化物作为固体电解质，这种稀土金属氧化物在高温下能传导O2-．
①负极发生的反应是
 

②在稀土金属氧化物的固体电解质中，O2-．的移动方向是
 
．
（4）已知反应2CH30H?CH3OCH3（g）+H2O（g）某温度下的平衡常数为400．此    温度下，在密闭容器中加入CH3OH，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：
物质 CH3OH CH3OCH3 H2O
浓度/（mol?L-1） 0.44 0.6 0.6
①比较此时正、逆反应速率的大小v正
 
v逆 （填“＞”、“＜”或“=”）．
②若加入CH3OH后，经10min反应达到平衡，该时间内反应速率v（CH30H）=
 
．

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