摘要:一种甲醇燃料电池的工作原理是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极与氧气反应.电池总反应式: 2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O 下列说法正确的是 A.左边的电极为电池正极 a处通入的是甲醇 B.右边的电极为电池的负极.b处通入的是空气 C.电池负极的反应式为CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+ D.电池正极的反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-
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甲醇是一种新型的汽车动力燃料,工业上可通过CO和H2化合制备甲醇,该反应的热化学方程式为:CO(g)+2H2(g)
CH3OH (g)△H1 (反应Ⅰ)该反应的原料CO和H2本身都可作为燃料提供动力,已知这两种物质燃烧的热化学方程式为:
CO(g)+
O2(g)=CO2(g)△H2=-283kJ?mol-1 (反应Ⅱ)
H2(g)+
O2(g)=H2O(g)△H3=-242kJ?mol-1 (反应Ⅲ)
某些化学键的键能数据如下表:
CO的结构为C≡O,请回答下列问题:
(1)反应Ⅰ的焓变△H1=
(2)CH3OH (g)燃烧生成CO2(g)和H2O(g)的热化学方程式为:CH3OH(g)+
O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H4该反应的焓变△H4=
(3)甲醇-空气燃料电池(DMFC)是一种高效能、轻污染电动汽车的车载电池,该燃料电池的电池反应式为:CH3OH(l)+
O2(g)=CO2(g)+2H2O(l).其工作原理示意图如下:

①在图的横线上标出a、b、c、d四个出入口通入或排出的物质名称(或化学式)
②负极的电极反应式为
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| 常温 |
CO(g)+
| 1 |
| 2 |
H2(g)+
| 1 |
| 2 |
某些化学键的键能数据如下表:
| 化学键 | C-C | C-H | H-H | C-O | C≡O | H-O |
| 键能/kJ?mol-1 | 348 | 413 | 436 | 358 | 1072 | 463 |
(1)反应Ⅰ的焓变△H1=
-116 kJ?mol-1
-116 kJ?mol-1
.(2)CH3OH (g)燃烧生成CO2(g)和H2O(g)的热化学方程式为:CH3OH(g)+
| 3 |
| 2 |
-651 kJ?mol-1
-651 kJ?mol-1
.(3)甲醇-空气燃料电池(DMFC)是一种高效能、轻污染电动汽车的车载电池,该燃料电池的电池反应式为:CH3OH(l)+
| 3 |
| 2 |
①在图的横线上标出a、b、c、d四个出入口通入或排出的物质名称(或化学式)
②负极的电极反应式为
CH3OH(l)+H2O(l)-6e-=CO2(g)+6H+
CH3OH(l)+H2O(l)-6e-=CO2(g)+6H+
.(1)工业上一般采用下列两种反应合成甲醇:
反应Ⅰ:CO(g)+2H2(g)
反应Ⅱ:CO2(g)+3H2(g)
①在以上制备甲醇的两个反应中:反应I优于反应II,原因为
反应I符合“原子经济性”的原则即原子利用率为100%
反应I符合“原子经济性”的原则即原子利用率为100%
.②下表所列数据是反应Ⅰ在不同温度下的化学平衡常数的数值:
| 温度 | 250℃ | 300℃ | 350℃ |
| K | 2.041 | 0.270 | 0.012 |
逆向
逆向
移动(填“正向”、“逆向”、“不”).II、某温度下,将1mol CO和4molH2充入2L的密闭容器中,充分反应达到平衡后,测得c(CO)=0.1mol/L,则CO的转化率为
80%
80%
,此时的温度<
<
250℃(填“>”、“<”、“=”)(2)已知在常温常压下:①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l)△H1=-Q1kJ/mol
②2CO (g)+O2(g)=2CO2(g)△H2=-Q2 kJ/mol③H2O(g)=H2O(l)△H3=-Q3 kJ/mol
请写出甲醇发生不完全燃烧生成一氧化碳和气态水的热化学反应方程式:
CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(g)△H=(2Q3+0.5Q2-0.5Q1)kJ/mol
CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(g)△H=(2Q3+0.5Q2-0.5Q1)kJ/mol
(3)某同学依据甲醇燃烧的反应原理,设计如图所示的电池装置,工作一段时间后,测得溶液的pH将
降低
降低
填“升高”、“降低”、“不变”),该燃料电池负极反应的离子方程式为:CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O
CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O
.甲醇是一种可再生能源,具有开发和应用的广阔前景,工业上一般可采用如下反应来合成甲醇:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H<0.
(1)上述反应的平衡常数表达式为K=
,以下有关说法正确的是
a.恒温、恒容条件下,容器内的压强不发生变化则可逆反应达到平衡
b.一定条件下,H2的消耗速率是CO的消耗速率的2倍时可逆反应达到平衡
c.保持容器体积不变,升高温度可提高CO的转化率
d.使用合适的催化剂能缩短达到平衡的时间并提高CH3OH的产量
(2)其它条件相同时,在T1、T2(T1<T2)两个不同温度下可逆反应达到平衡,请在图1中画出CO的转化率随时间变化的示意图.

(3)已知在常温常压下:
①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)△H=-a kJ?mol-1
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-b kJ?mol-1
③H2O(g)=H2O(l)△H=-c kJ?mol-1
则 CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)△H=
(4)2009年10月,中国科学院长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破,组装出了自呼吸电池及主动式电堆.甲醇燃料电池的工作原理如图2所示.
C极发生的电极反应式为:
(H:1 C:12 O:16)
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(1)上述反应的平衡常数表达式为K=
| [CH3OH] |
| [CO][H2]2 |
| [CH3OH] |
| [CO][H2]2 |
a
a
a.恒温、恒容条件下,容器内的压强不发生变化则可逆反应达到平衡
b.一定条件下,H2的消耗速率是CO的消耗速率的2倍时可逆反应达到平衡
c.保持容器体积不变,升高温度可提高CO的转化率
d.使用合适的催化剂能缩短达到平衡的时间并提高CH3OH的产量
(2)其它条件相同时,在T1、T2(T1<T2)两个不同温度下可逆反应达到平衡,请在图1中画出CO的转化率随时间变化的示意图.
(3)已知在常温常压下:
①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)△H=-a kJ?mol-1
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-b kJ?mol-1
③H2O(g)=H2O(l)△H=-c kJ?mol-1
则 CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)△H=
△H=
| b-a-4c |
| 2 |
△H=
kJ?mol-1.| b-a-4c |
| 2 |
(4)2009年10月,中国科学院长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破,组装出了自呼吸电池及主动式电堆.甲醇燃料电池的工作原理如图2所示.
C极发生的电极反应式为:
O2+4e-+4H+=2H2O
O2+4e-+4H+=2H2O
,工作一段时间后,当6.4g甲醇完全反应生成CO2时,有1.2
1.2
NA个电子发生转移.(H:1 C:12 O:16)
甲醇是一种燃料,也可以作为燃料电池的原料.
(1)已知在常温常压下:
①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)△H1=-1275.6KJ/mol
②2CO (g)+O2(g)=2CO2(g)△H2=-566.0KJ/mol
③H2O(g)=H2O(l)△H3=-44.0KJ/mol
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式:
(2)甲醇直接燃烧会产生一定的污染,某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理,设计如图1所示的电池装置,则电池正极的电极反应式:
(3)甲醇对水质会造成一定的污染,用如图2所示的电化学法可消除这种污染,原理是:通电后,将Co2+氧化成Co3+,然后以Co3+做氧化剂再把水中的甲醇氧化成CO2而净化.则用该装置净化含10mol甲醇的水,转移电子数为
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(1)已知在常温常压下:
①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)△H1=-1275.6KJ/mol
②2CO (g)+O2(g)=2CO2(g)△H2=-566.0KJ/mol
③H2O(g)=H2O(l)△H3=-44.0KJ/mol
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式:
CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)△H=-442.8kJ/mol
CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)△H=-442.8kJ/mol
;(2)甲醇直接燃烧会产生一定的污染,某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理,设计如图1所示的电池装置,则电池正极的电极反应式:
O2+2H2O+4e-=4OH-
O2+2H2O+4e-=4OH-
,该电池工作时,溶液中的OH-向负
负
极移动,该电池工作一段时间后,测得溶液的pH减小,则该电池总反应的离子方程式为2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O
2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O
;(3)甲醇对水质会造成一定的污染,用如图2所示的电化学法可消除这种污染,原理是:通电后,将Co2+氧化成Co3+,然后以Co3+做氧化剂再把水中的甲醇氧化成CO2而净化.则用该装置净化含10mol甲醇的水,转移电子数为
60NA
60NA
.甲醇是一种化工原料,工业上合成甲醇的反应:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H=-90.8kJ?mol-1.
若在温度、容积相同的3个密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如下:
①容器内压强P:2P甲与2P乙与P丙关系是
②变化的热量数值Q中,Q1 与Q2的和是
③画出平衡时甲醇的百分含量(纵坐标)随温度(横坐标)的变化曲线,要求画出压强不同的两条曲线(标出p1、p2,且p1<p2).
④在一定温度和压强下,CO和H2催化合成二甲醚反应为:3H2(g)+3CO(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)如图
为绿色电源“直接二甲醚燃料电池”工作原理示意图,a电极的反应式为
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若在温度、容积相同的3个密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如下:
| 容器 | 甲 | 乙 | 丙 |
| 反应物投入量 | 1molCO.2molH2 | 1mol CH3OH | 2molCO、4molH2 |
| CH3OH的浓度(mol/L) | c1 | c2 | c3 |
| 反应的能量变化 | 放出Q1 kJ | 吸收Q2 kJ | 放出Q3 kJ |
| 平衡常数 | K1 | K2 | K3 |
| 反应物转化率 | α 1 | α 2 | α 3 |
2P甲等于2P乙且大于P丙
2P甲等于2P乙且大于P丙
②变化的热量数值Q中,Q1 与Q2的和是
90.8
90.8
③画出平衡时甲醇的百分含量(纵坐标)随温度(横坐标)的变化曲线,要求画出压强不同的两条曲线(标出p1、p2,且p1<p2).
④在一定温度和压强下,CO和H2催化合成二甲醚反应为:3H2(g)+3CO(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)如图
CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+
CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+
.