Question

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=

 

．
（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

 

．
②灼烧草酸铈[Ce₂（C₂O₄）₃]制得CeO₂的化学方程式为

 

．
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

 

（填酸的化学式）的CuO/CeO₂催化剂催化性能最好．催化剂为

CuO

CeO2

-HIO₃，120℃时，反应1h后CO的体积为

 

mL．
（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

 

（填“a”或“b”）为电池的负极，负极的电极反应式为

 

．

Answer 1

考点：热化学方程式,原电池和电解池的工作原理,转化率随温度、压强的变化曲线

专题：基本概念与基本理论

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）+

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×

1

2

-③得到，所以△H₄=①+②×

1

2

-③=（-110.35kJ?mol^-1）+（571.6kJ?mol^-1）×

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

CuO/CeO2  .

160℃

2CO₂，故答案为：2CO+O₂

CuO/CeO2  .

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

高温  .

2CeO₂+4CO↑+2CO₂↑，故答案为：Ce₂（C₂O₄）₃

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

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．