Question

3．甲醇燃料电池（DNFC）被认为是21世纪电动汽车最佳候选动力源．
（1）101 kPa时，1 mol CH₃OH完全燃烧生成二氧化碳和液态水，放出热量726.51 kJ/mol，则甲醇燃烧的热化学方程式为CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.51kJ/mol．
（2）甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸汽转化为氢气的两种反应原理是：
①CH₃ OH（g）+H₂ O（g）═CO₂ （g）+3H₂ （g）△H₁=+49.0 kJ•mol^-1 
②CH₃ OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）═CO₂ （g）+2H₂ （g）△H₂ 
已知H₂ （g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）═H₂ O（g）△H=-241.8 kJ•mol^-1 
则反应②的△H₂=-192.8kJ•mol^-1．
（3）甲醇燃料电池的结构示意图如图．甲醇进入负 极（填“正”或“负”），正极发生的电极反应为O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O． 
（4）已知H-H键能为436 KJ/mol，H-N键能为391KJ/mol，根据化学方程式：N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃ （g）△H=-92.4KJ/mol，则N≡N键的键能是945.6 kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）1molCH₃OH完全燃烧生成稳定的氧化物为气态二氧化碳和液态水，放出热量726.51kJ/mol，以此书写热化学方程式；
（2）由盖斯定律可知，①CH₃OH（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+3H₂（g）△H₁=+49.0kJ•mol^-1、③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-241.8kJ•mol^-1，①+③得到反应②；
（3）甲醇燃料电池中，甲醇为负极，电解质为酸，甲醇失去电子生成二氧化碳；
（4）反应热=反应物的总键能-生成物的总键能，以此解答．

解答 解：（1）1molCH₃OH完全燃烧生成稳定的氧化物为气态二氧化碳和液态水，放出热量726.51kJ/mol，则燃烧的热化学方程式为CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.51kJ/mol，
故答案为：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.51kJ/mol；
（2）由盖斯定律可知，①CH₃OH（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+3H₂（g）△H₁=+49.0kJ•mol^-1、③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-241.8kJ•mol^-1，①+③得到反应②，则△H₂=+49.0kJ•mol^-1+（-241.8kJ•mol^-1）=-192.8kJ•mol^-1，故答案为：-192.8kJ•mol^-1；
（3）甲醇燃料电池中，甲醇中C元素的化合价升高，则甲醇为负极，电解质为酸，甲醇失去电子生成二氧化碳，正极电极反应为O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，
故答案为：负；O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O．
（4）已知：H-H键能为436kJ/mol，H-N键能为391kJ/mol，令N≡N的键能为x，
对于反应N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92kJ/mol，
反应热=反应物的总键能-生成物的总键能，故x+3×436kJ/mol-2×3×391kJ/mol=-92kJ/mol，
解得：x=945.6 kJ/mol，故答案为：945.6 kJ/mol．

点评 本题为综合题，涉及反应热的计算、热化学反应方程式的书写、燃料电池等知识点，注重高考常考考点的考查，题目难度中等．