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德国克莱斯公司成功研制了利用甲醇车载制氢氧燃料电池工艺，其原理如图1所示，请观察此图回答：
（1）甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的两种反应原理是
①CH3OH（g）+H2O（g）=CO2（g）+3H2（g）；△H=+49.0kJ?mol-1
②2CH3OH（g）+O2（g）=2CO2（g）+4H2（g）；△H=-385.8kJ?mol-1
下列说法正确的是
BCD
BCD

A．反应①中反应物的总能量高于生成物的总能量
B．反应①中拆开CH3OH（g）和H2O（g）中的化学键所需能量大于形成CO2（g）和3H2（g） 中的化学键所释放的能量
C．CH3OH蒸气的燃烧热为大于192.9kJ?mol-1
D．根据②推知反应：2CH3OH（l）+O2（g）=2CO2（g）+4H2（g）的△H＞-385.8kJ?mol-1
（2）最近科学家提出“绿色自由”构想：把空气吹入碳酸钾溶液，然后再把CO2从溶液中提取出来，经化学反应后使空气中的CO2转变为可再生燃料甲醇．若有2.2kg CO2与足量H2恰好完全反应，生成气态的水和甲醇，可放出2473.5kJ的热量，试写出合成塔中发生反应的热化学方程式
CO2（g）+3H2（g）=H2O（g）+CH3OH（g）△H=-49.47kJ/mol
CO2（g）+3H2（g）=H2O（g）+CH3OH（g）△H=-49.47kJ/mol
．
（3）可给笔记本电脑供电的甲醇燃料电池已经面世，其结构示意图如图2．甲醇在催化剂作用下提供质子
（H+）和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一电极后与氧气反应，电池总反应为：2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O．b处通入的物质是
氧气或空气
氧气或空气
，负极反应式为：
CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+
CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+
．
分析：（1）A．根据反应热判断反应物和生成物总能量相对大小；
B．根据反应热判断吸收能量和放出能量的相对大小；
C．CH3OH蒸气的燃烧热为大于192.9kJ?mol-1；
D．液态放出的能量少；
（2）2.2kg CO2的物质的量是
2200g
44g/mol
=50mol，根据二氧化碳的物质的量与反应热之间的关系写出热化学反应方程式；
（3）根据电子流向知，a处电极是负极，b处电极是正极，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．
解答：解：（1）A．该反应是吸热反应，所以生成物能量大于反应物能量，故错误；
B．该反应是吸热反应，所以断键吸收的能量大于成键放出的能量，故正确；
C．CH3OH蒸气的燃烧热为大于192.9kJ?mol-1，故正确；
D．液态放出的能量少，故正确；
故选BCD；
（2）2.2kg CO2的物质的量是
2200g
44g/mol
=50mol，50mol二氧化碳参加反应放出2473.5kJ的热量，则1mol二氧化碳参加反应放出的能量是49.47kJ，所以该反应热化学反应方程式为：CO2（g）+3H2（g）=H2O（g）+CH3OH（g）△H=-49.47kJ/mol，
故答案为：CO2（g）+3H2（g）=H2O（g）+CH3OH（g）△H=-49.47kJ/mol；
（3）根据电子流向知，a处电极是负极，b处电极是正极，正极上投放氧化剂，所以b处通入的物质是氧气或空气，负极上投放燃料甲醇，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：氧气或空气；CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+．
点评：本题考查了热化学反应方程式的书写、原电池原理，难度不大，注意燃料电池中电极反应式的书写要结合电解质溶液的酸碱性，为易错点．
练习册系列答案
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近来，制备和利用氢气这一清洁能源已有多项成果．（1）德国克莱斯公司成功研制了利用甲醇CH3OH）车载制氢燃料电池工艺，其原理如图1所示，请观察此图回答：
①此碱性燃料电池的正极反应式为
O2+2H2O+4e-=4OH-
O2+2H2O+4e-=4OH-
；
②甲醇与水反应制取氢气的化学方程式
CH3OH+H2O?3H2+CO2
CH3OH+H2O?3H2+CO2
．
（2）美国Bay等工厂使用石油热裂解的副产物甲烷来制取氢气，其生产流程如图2：
①此流程的第II步反应为：CO（g）+H2O（g）
高温
H2（g）+CO2（g），平衡常数随温度的变化如下表．
温度/℃ 400 500 830 1000
平衡常数K 10 9 1 0.6
在830℃，n（CO）、n（H2O）、n（H2）、n（CO2）的物质的量分别是1、5、2、3投入恒容反应器发生上述反应，反应开始时，向
逆
逆
（填正、逆）反应方向进行．
②若400℃时，第Ⅱ步反应生成l mol氢气放出的热量为33.2kJ，第I步反应的热化学方程式为：CH4（g）+H2O（g）=3H2（g）+CO（g）△H=-103.3kJ?mol-1 则400℃时，甲烷和水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式为
CH4（g）+2H2O（g）=CO2（g）+4H2（g）△H=-136.5kJ?mol-1
CH4（g）+2H2O（g）=CO2（g）+4H2（g）△H=-136.5kJ?mol-1
．
（3）工业上有一种用CO2来生产甲醇燃料的方法：
CO2（g）+3H2（g）
 
CH3OH（g）+H2O（g）△H=-49.0kJ?mol-1
将6molCO2和8molH2充入2L的密闭容器中，测得H2的物质的量随时间变化如图3所示（实线）．
①a点正反应速率
大于
大于
（填大于、等于或小于）逆反应速率．
②求平衡时氢气的转化率
75%
75%
和该条件下反应的平衡常数K=
0.5
0.5
．
③仅改变某一实验条件再进行两次实验，测得H2的物质的量随时间变化如图3虚线所示，曲线I对应的实验条件改变是
升高温度
升高温度
，曲线II对应的实验条件改变是
增大压强
增大压强
．
近来，制备和利用氢气这一清洁能源已有多项成果．
（1）德国克莱斯公司成功研制了利用甲醇（CH3OH）车载制氢燃料电池工艺，其原理如图所示，请观察此图回答：
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①燃料电池的正极反应式为
 
；
②甲醇与流程图中任一反应物反应制取氢气的化学方程式
 
．
（2）美国Bay等工厂使用石油热裂解的副产物甲烷来制取氢气，其生产流程如图：
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①此流程的第Ⅱ步反应为：CO（g）+H2O（g）?H2（g）+CO2（g），该反应的化学平衡常数表达式为K=
 
；
②此流程的第Ⅱ步反应的平衡常数随温度的变化如表1，在830℃，以表2的物质的量（单位为mol）投入恒容反应器发生上述反应，其中反应开始时，向正反应方向进行的有
 
（填实验编号）；
表1
温度/℃ 400 500 830 1000
平衡常数K 10 9 1 0.6
表2
实验编号 n（CO） n（H2O） n（H2） n（CO2）
A 1 5 2 3
B 2 2 1 1
C 3 3 0 0
D 0.5 2 1 1
③若400℃时，第Ⅱ步反应生成1 mol氢气的热效应值为33.2（单位为kJ），第1步反应的热化学方程式为：
CH4（g）+H2O（g）═3H2（g）+CO（g）△H=-103.3kJ?mol-1
则400℃时，甲烷和水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式为
 
．
（3）我国科学家研究了常温下利用Pt等催化剂在可见光作用下使水分解制氢气的方法，如图是三种催化剂在光照分解水实验中的效果比较图．能得出如图结果的实验方案是
 
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（7分）德国克莱斯公司成功研制了利用甲醇车载制氢氧燃料电池工艺，其原理如右图所示，请观察此图回答：

（1）甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的两种反应原理是

①CH3OH（g）+H2O（g）=CO2（g）+3H2（g）；△H=+ 49．0 kJ·mol－1

②2CH3OH（g）+O2（g）=2CO2（g）+4H2（g）；△H=－385.8kJ·mol－1

下列说法正确的是

A．反应①中反应物的总能量高于生成物的总能量

B．反应①中拆开CH3OH（g）和H2O（g）中的化学键所需能量大于形成CO2（g）和3H2（g） 中的化学键所释放的能量

C．CH3OH蒸气的燃烧热为大于192．9 kJ·mol－1

D．根据②推知反应：2CH3OH（l）+ O2（g）=2CO2（g）+4H2（g）的△H＞－385．8kJ·mol－1

（2）最近科学家提出“绿色自由”构想：把空气吹入碳酸钾溶液，然后再把CO2从溶液中提取出来，经化学反应后使空气中的CO2转变为可再生燃料甲醇。若有2.2kg CO2与足量H2恰好完全反应，生成气态的水和甲醇，可放出2473.5 kJ的热量，试写出合成塔中发生反应的热化学方程式               。

（3）可给笔记本电脑供电的甲醇燃料电池已经面世，其结构示意图如右图。甲醇在催化剂作用下提供质子（H＋）和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一电极后与氧气反应，电池总反应为：2CH3OH＋3O2=2CO2＋4H2O。b处通入的物质是     ，负极反应为：                      。

 

（7分）德国克莱斯公司成功研制了利用甲醇车载制氢氧燃料电池工艺，其原理如右图所示，请观察此图回答：

（1）甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的两种反应原理是

①CH3OH（g）+H2O（g）=CO2（g）+3H2（g）；△H= + 49．0 kJ·mol－1

②2CH3OH（g）+O2（g）=2CO2（g）+4H2（g）；△H=－385.8kJ·mol－1

下列说法正确的是

A．反应①中反应物的总能量高于生成物的总能量

B．反应①中拆开CH3OH（g）和H2O（g）中的化学键所需能量大于形成CO2（g）和3H2（g） 中的化学键所释放的能量

C．CH3OH蒸气的燃烧热为大于192．9 kJ·mol－1

D．根据②推知反应：2CH3OH（l）+ O2（g）=2CO2（g）+4H2（g）的△H＞－385．8kJ·mol－1

（2）最近科学家提出“绿色自由”构想：把空气吹入碳酸钾溶液，然后再把CO2从溶液中提取出来，经化学反应后使空气中的CO2转变为可再生燃料甲醇。若有2.2kg CO2与足量H2恰好完全反应，生成气态的水和甲醇，可放出2473.5 kJ的热量，试写出合成塔中发生反应的热化学方程式                。

（3）可给笔记本电脑供电的甲醇燃料电池已经面世，其结构示意图如右图。甲醇在催化剂作用下提供质子（H＋）和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一电极后与氧气反应，电池总反应为：2CH3OH＋3O2=2CO2＋4H2O。b处通入的物质是     ，负极反应为：                       。

 

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