Question

4．由于燃料電池汽車，尤其氫燃料電池汽車可以實(shí)現(xiàn)零污染排放，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)幾乎無噪音，且氫能取之不盡、用之不竭，燃料電池汽車成為近年來汽車企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)．為了獲得競爭優(yōu)勢，各國紛紛出臺政策，加速推進(jìn)燃料電池關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)．燃料電池的燃料有氫氣、甲醇、汽油等．
（1）二氧化碳是地球溫室效應(yīng)的罪魁禍?zhǔn)�，目前人們處理二氧化碳的方法之一是使其與氫氣反應(yīng)合成甲醇，甲醇是汽車燃料電池的重要燃料．已知?dú)錃狻⒓状既紵�的熱化學(xué)方程式如下：
2H₂（g）+O₂ （g）=2H₂O （l）△H=-571.6kJ•mol^-1                 ①
CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）→CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.0kJ•mol^-1  ②
寫出二氧化碳與氫氣合成甲醇液體的熱化學(xué)方程式：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-131.4kJ•mol^-1．
（2）有科技工作者利用稀土金屬氧化物作為固體電解質(zhì)制造出了甲醇一空氣燃料電池．這種稀土金屬氧化物在高溫下能傳導(dǎo)O^2-．
①電池正極發(fā)生的反應(yīng)是O₂+4e^-=2O^2-；
負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是CH₂OH+4O^2--8e^-=CO₂+2H₂O．
②在稀土金屬氧化物的固體電解質(zhì)中，O^2-的移動(dòng)方向是從正極流向負(fù)極．
③甲醇可以在內(nèi)燃機(jī)中燃燒直接產(chǎn)生動(dòng)力推動(dòng)機(jī)動(dòng)車運(yùn)行，而科技工作者卻要花費(fèi)大量的精力研究甲醇燃料汽車．主要原因是：燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率高．

Answer 1

分析 （1）2H₂（g）+O₂ （g）=2H₂O （l）△H=-571.6kJ•mol^-1 ①
2CH₃OH（l）+3O₂（g）→2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-726.0kJ•mol^-1 ②
依據(jù)蓋斯定律①×3-②得到：2CO₂ （g）+6H₂ （g）=2CH₃OH（l）+2H₂O （l）依據(jù)蓋斯定律計(jì)算焓變，進(jìn)而書寫熱化學(xué)方程式；
（2）①燃料電池中依據(jù)原電池工作原理，正極是氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，電解質(zhì)是固體，氧氣得到電子生成氧離子；甲醇在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳；
②原電池中陰離子移向負(fù)極；
③依據(jù)原電池反應(yīng)能量轉(zhuǎn)化率高分析判斷．

解答 解：（1）2H₂（g）+O₂ （g）=2H₂O （l）△H=-571.6kJ•mol^-1 ①
2CH₃OH（l）+3O₂（g）→2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-726.0kJ•mol^-1 ②
依據(jù)蓋斯定律①×3-②得到：2CO₂ （g）+6H₂ （g）=2CH₃OH（l）+2H₂O （l）△H=-262.8kJ•mol^-1；
熱化學(xué)方程式為：CO₂ （g）+3H₂ （g）=CH₃OH（l）+H₂O （l）△H=-131.4 kJ•mol^-1；
故答案為：CO₂ （g）+3H₂ （g）=CH₃OH（l）+H₂O （l）△H=-131.4 kJ•mol^-1；
（2）①甲醇一空氣燃料電池中氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氧離子，電極反應(yīng)為：O₂+4e^-=2O^2-； 甲醇在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為：CH₃OH+4O^2--8e^-=CO₂+2H₂O；
故答案為：O₂+4e^-=2O^2-；  CH₃OH+4O^2--8e^-=CO₂+2H₂O；
②依據(jù)電極反應(yīng)分析可知原電池中陰離子移向負(fù)極，氧離子從正極流向負(fù)極移動(dòng)；
故答案為：從正極流向負(fù)極；
③原電池反應(yīng)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化的高效率，燃料電池能量轉(zhuǎn)化率高；
故答案為：燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率高．

點(diǎn)評 本題考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算應(yīng)用，原電池原理分析判斷，電極反應(yīng)書寫方法，注意電解質(zhì)是固體，題目難度中等．