Question

14．質(zhì)子交換膜燃料電池廣受關(guān)注．
（1）質(zhì)子交換膜燃料電池中作為燃料的H₂通常來自水煤氣．
已知：C（s）+O₂（g）═CO（g）△H₁=-110.35kJ•mol^-1
2H₂O（l）═2H₂（g）+O₂（g）△H₂=+571.6kJ•mol^-1
H₂O（l）═H₂O（g）△H₃=+44.0kJ•mol^-1
則C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H₄=+131.45kJ/mol．
（2）燃料氣（流速為1800mL•h^-1；體積分?jǐn)?shù)為50% H₂，0.98% CO，1.64% O₂，47.38% N₂）中的CO會使電極催化劑中毒，使用CuO/CeO₂催化劑可使CO優(yōu)先氧化而脫除．
①160℃、CuO/CeO₂作催化劑時，CO優(yōu)先氧化反應(yīng)的化學(xué)方程式為2CO+O₂$\frac{\underline{\;CuO/CeO_{2}\;}}{160℃}$2CO₂．
②灼燒草酸鈰[Ce₂（C₂O₄）₃]制得CeO₂的化學(xué)方程式為Ce₂（C₂O₄）₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CeO₂+4CO↑+2CO₂↑．
③在CuO/CeO₂催化劑中加入不同的酸（HIO₃或H₃PO₄），測得燃料氣中CO優(yōu)先氧化的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化如圖1所示，加入HIO₃（填酸的化學(xué)式）的CuO/CeO₂催化劑催化性能最好．催化劑為$\frac{CuO}{Ce{O}_{2}}$-HIO₃，120℃時，反應(yīng)1h后CO的體積為3.528mL．
（3）圖2為甲酸質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖．該裝置中a（填“a”或“b”）為電池的負(fù)極，負(fù)極的電極反應(yīng)式為HCOOH-2e^-=CO₂+2H⁺

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律來計算化學(xué)反應(yīng)的焓變；
（2）①160℃、CuO/CeO₂作催化劑時，CO優(yōu)先氧化為二氧化碳；
②灼燒草酸鈰[Ce₂（C₂O₄）₃]，分解制得CeO₂、一氧化碳以及二氧化碳，配平方程式即可；
③CuO/CeO₂催化劑催化性能最好，即化學(xué)反應(yīng)速率最快，據(jù)圖象來回答；催化劑為CuO/CeO₂-HIO₃，120℃時，CO的轉(zhuǎn)化率是80%來計算回答；
（3）在燃料點池中，氫離子移向正極，在負(fù)極上發(fā)生燃料失電子的氧化反應(yīng)．

解答 解：（1）已知：①C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H₁=-110.35kJ•mol^-1
②2H₂O（l）═2H₂（g）+O₂（g）△H₂=+571.6kJ•mol^-1
③H₂O（l）═H₂O（g）△H₃=+44.0kJ•mol^-1
則：反應(yīng)C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）可以是①+②×$\frac{1}{2}$-③得到，所以△H₄=①+②×$\frac{1}{2}$-③=（-110.35kJ•mol^-1）+（571.6kJ•mol^-1）×$\frac{1}{2}$-44.0kJ•mol^-1
=+131.45kJ/mol，故答案為：+131.45kJ/mol；
（2）①160℃、CuO/CeO₂作催化劑時，CO優(yōu)先氧化為二氧化碳，方程式為：2CO+O₂$\frac{\underline{\;CuO/CeO_{2}\;}}{160℃}$2CO₂，故答案為：2CO+O₂$\frac{\underline{\;CuO/CeO_{2}\;}}{160℃}$2CO₂；
②灼燒草酸鈰[Ce₂（C₂O₄）₃]，分解制得CeO₂、一氧化碳以及二氧化碳，即   Ce₂（C₂O₄）₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CeO₂+4CO↑+2CO₂↑，故答案為：Ce₂（C₂O₄）₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CeO₂+4CO↑+2CO₂↑；
③CuO/CeO₂催化劑催化性能最好，即化學(xué)反應(yīng)速率最快，據(jù)圖象知道當(dāng)HIO₃加入時，催化性能最好，催化劑為CuO/CeO₂-，120℃時，CO的轉(zhuǎn)化率是80%，氣體混合物流速為1800mL•h^-1；體積分?jǐn)?shù)為：0.98%的CO，則反應(yīng)1小時后CO的體積為$\frac{1}{4}$×1800×1×0.98%×80%=3.528，故答案為：HIO₃；3.528；
（3）在燃料點池中，氫離子移向正極b極，所以a是負(fù)極，在負(fù)極上發(fā)生燃料失電子的氧化反應(yīng)：HCOOH-2e^-=CO₂+2H⁺，故答案為：a；HCOOH-2e^-=CO₂+2H⁺．

點評 本題目綜合考查學(xué)生電化學(xué)、熱化學(xué)、蓋斯定律的應(yīng)用等綜合知識，注意知識的歸納和整理是關(guān)鍵，難度中等．