Question

20．科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇，并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池．已知H₂（g）、CO（g）和CH₃OH（l）的燃烧热△H分别为-285.8kJ•mol^-1、-283.0kJ•mol^-1和-726.5kJ•mol^-1．请回答下列问题：
（1）用太阳能分解10mol水消耗的能量是2858kJ．
（2）甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l）△H=-443.5kJ•mol^-1．
（3）在直接以甲醇为燃料的电池中，理想状态下，该燃料电池消耗1mol甲醇所能产生的最大电能为702.1kJ，则该燃料电池的理论效率为96.6%（燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能占燃料电池反应所能释放的全部能量的百分比）．

Answer 1

分析 （1）由氢气的燃烧热可知水分解吸收的能量，然后利用化学计量数与反应热的关系来计算；
（2）根据CO和CH₃OH的燃烧热先书写热化学方程式，再利用盖斯定律来分析甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式；
（3）计算1mol甲醇反应放出的热量，进而计算该燃料电池的理论效率．

解答 解：（1）由H₂（g）的燃烧热△H为-285.8kJ•mol^-1知，1molH₂（g）完全燃烧生成1molH₂O（l）放出热量285.8kJ，即分解1mol H₂O（l）为1mol H₂（g）消耗的能量为285.8kJ，则分解10mol H₂O（l）消耗的能量为285.8kJ×10=2858kJ，
故答案为：2858；
（2）由CO（g）和CH₃OH（l）的燃烧热△H分别为-283.0kJ•mol^-1和-726.5kJ•mol^-1，则
①CO（g）+1/2O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1
②CH₃OH（l）+3/2O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ•mol^-1
由盖斯定律可知用②-①得反应CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l），该反应的反应热△H=-726.5kJ•mol^-1-（-283.0kJ•mol^-1）=-443.5kJ•mol^-1，
故答案为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-443.5kJ•mol^-1；
（3）CH₃OH（l）的燃烧热△H是-726.5kJ•mol^-1，可知1mol甲醇反应放出的热量为725.6kJ，则该燃料电池的理论效率为$\frac{702.1kJ}{726.5kJ}$×100%=96.6%，
故答案为：96.6%．

点评 本题注重了对高考热点的考查，学生应熟悉燃烧热、盖斯定律、热化学反应方程式等重要知识，题目难度中等．