题目内容

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）=
 
．
分析：（1）①写出该流程中的各反应方程式，然后写出总的反应方程式即可；
②根据平衡移动的原理进行分析；
（2）依据盖斯定律和热化学方程式计算得到二氧化碳与氢气合成甲醇液体的热化学方程式；
（3）①燃料电池中依据原电池工作原理，正极是氧气得到电子发生还原反应，电解质是固体，氧气得到电子生成氧离子；甲醇在负极失电子发生氧化反应生成二氧化碳；
②根据原电池中阴离子移向负极进行判断；
（3）①将各物质的浓度带入平衡常数表达式，将计算结果与平衡常数进行比较，从而判断平衡移动方向；
②设出达到平衡时甲醚的物质的量浓度，然后利用平衡常数计算出达到平衡时甲醚的浓度，再计算出10min内的反应速率v（CH30H）．
解答：解：①在反应器中发生反应：SO2+I2+2H2O=2HI+H2SO4，2H2SO4=2SO2+2H2O+O2，在膜反应器中的反应为：2HI?I2+H2，根据以上反应方程式可得：2H2O=O2+2H2，
故答案为：2H2O=O2+2H2；
②在膜分离器中发生反应：2HI?I2+H2，将H2分离出来有利于平衡向右移动，利于I2和H2的生成，
故答案为：有利于平衡向右移动，有利于碘和氢气的生成；
（2）2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）；△H=-283.0kJ?mol-1…①
2CH3OH（l）+3O2（g）→2CO2（g）+4H2O（l）△H=-726.0kJ?mol-1 ②
依据盖斯定律①×3-②得到：2CO2 （g）+6H2 （g）=2CH3OH（l）+2H2O （l）△H=-123kJ?mol-1；
热化学方程式为：CO2 （g）+H2 （g）=CH3OH（l）+H2O （l）△H=-61.5kJ?mol-1；
故答案为：CO2 （g）+H2 （g）=CH3OH（l）+H2O （l）△H=-61.5kJ?mol-1；
（3）①甲醇一空气燃料电池中氧气得到电子发生还原反应生成氧离子，电极反应为：O2+4e-=2O2-； 甲醇在负极失电子发生氧化反应，电极反应为：CH3OH+3O2--6e-=CO2+2H2O；
故答案为：CH3OH+3O2--6e-=CO2+2H2O；
②依据电极反应分析可知原电池中阴离子移向负极，氧离子从正极流向负极移动，
故答案为：从正极流向负极；
）①该反应的平衡常数表达式为：K=
c(CH3OCH3)?c(H2O)
c2(CH3OH)
，将所给浓度带入平衡常数表达式：
0.6×0.6
0.442
=1.86＜400，故反应向正反应方向进行，正反应速率大于逆反应速率，
故答案为：＞；
②设达到平衡时甲醚的物质的量浓度为x，
                  2CH3OH（g）?CH3OCH3（g）+H2O（g）
某时刻浓度（mol?L-1）：0.44           0.6     0.6
转化浓度（mol?L-1）：2x            x        x  
平衡浓度（mol?L-1）：0.44-2x         0.6+x   0.6+x
将各组分浓度带入平衡常数表达式可得：K=
(0.6+x)2
(0.44-2x)2
=400，解得 x=0.2mol/L，
达到平衡时甲醚的浓度为：0.8mol/L，则10min转化的甲醇的物质的量浓度为：c（CH3OH）=2c（CH3OCH3）=1.6mol/L，
所以甲醇的反应速率为v（CH3OH）=
1.6mol/L
10min
=0.16 mol/（L?min），
故答案为：0.16 mol/（L?min）．
点评：本题考查较为综合，题量较大，题目难度中等，注意“始、转、平”是解决有关化学平衡的“三段论”解题法，当三组量一旦确定，可以解答有关平衡时的平衡常数计算、转化率、反应速率、平衡时成分的体积分数等．
练习册系列答案
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由于燃料电池汽车，尤其氢燃料电池汽车可以实现零污染排放，驱动系统几乎无噪音，且氢能取之不尽、用之不竭，燃料电池汽车成为近年来汽车企业关注的焦点．为了获得竞争优势，各国纷纷出台政策，加速推进燃料电池关键技术的研发．燃料电池的燃料有氢气、甲醇、汽油等．
（1）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，甲醇是汽车燃料电池的重要燃料．已知氢气、甲醇燃烧的热化学方程式如下：
2H2（g）+O2 （g）=2H2O （l）△H=-571.6kJ?mol-1  ①
CH3OH（l）+O2（g）→CO2（g）+2H2O（l）△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：
CO2 （g）+3H2 （g）=CH3OH（l）+H2O （l）△H=-131.4 kJ?mol-1
CO2 （g）+3H2 （g）=CH3OH（l）+H2O （l）△H=-131.4 kJ?mol-1
．
（2）有科技工作者利用稀土金属氧化物作为固体电解质制造出了甲醇一空气燃料电池．这种稀土金属氧化物在高温下能传导O2-．
①电池正极发生的反应是
O2+4e-=2O2-
O2+4e-=2O2-
；
负极发生的反应是
CH2OH+4O2--8e-=CO2+2H2O
CH2OH+4O2--8e-=CO2+2H2O
．
②在稀土金属氧化物的固体电解质中，O2-的移动方向是
从正极流向负极
从正极流向负极
．
③甲醇可以在内燃机中燃烧直接产生动力推动机动车运行，而科技工作者却要花费大量的精力研究甲醇燃料汽车．主要原因是：
燃料电池的能量转化率高
燃料电池的能量转化率高
．

（15分）由于燃料电池汽车，尤其氢燃料电池汽车可以实现零污染排放，驱动系统几乎无噪音，且氢能取之不尽、用之不竭，燃料电池汽车成为近年来汽车企业关注的焦点。为了获得竞争优势，各国纷纷出台政策，加速推进燃料电池关键技术的研发。燃料电池的燃料有氢气、甲醇、汽油等。

（1）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，甲醇是汽车燃料电池的重要燃料。已知氢气、甲醇燃烧的热化学方程式如下：

2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)  △H= -571.6kJ·mol-1  ①

CH3OH(l)+ O2(g)→CO2(g)+2H2O(l) △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：_______________________。

（2）有科技工作者利用稀土金属氧化物作为固体电解质制造出了甲醇一空气燃料电池。这种稀土金属氧化物在高温下能传导O2-。

①电池正极反应式为_______________，负极反应式为_______________。

②在稀土金属氧化物的固体电解质中，O2-的移动方向是___________ 。

③甲醇可以在内燃机中燃烧直接产生动力推动机动车运行，而科技工作者却要花费大量的精力研究甲醇燃料汽车。主要原因是：_________________________________

 
由于燃料电池汽车，尤其氢燃料电池汽车可以实现零污染排放，驱动系统几乎无噪音，且氢能取之不尽、用之不竭，燃料电池汽车成为近年来汽车企业关注的焦点．为了获得竞争优势，各国纷纷出台政策，加速推进燃料电池关键技术的研发．燃料电池的燃料有氢气、甲醇、汽油等．
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CH3OH（l）+O2（g）→CO2（g）+2H2O（l）△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：    ．
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