Question

16．隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們研制出了多種類型的甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池，以滿足不同的需求．
①有一類甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池，需將甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化為氫氣，兩種反應(yīng)原理是
A、CH₃OH（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+3H₂（g）△H=+49.0kJ/mol
B、CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-192.9kJ/mol
（1）可見，CH₃OH的燃燒熱大于（填“大于”、“等于”或“小于”）192.9kJ/mol
（2）已知水的氣化熱為44kJ/mol，則氫氣燃燒熱的熱化學(xué)方程式為H₂（g）+1/2O₂（g）=H₂O（l）△H=-124.6kJ/mol．如圖是某筆記本電腦用一個乙醇燃料電池工作時的示意圖．乙池中的兩個電極均為石墨電極，乙池中盛有100mL3.00mol/L的CuSO₄溶液．
請回答下列問題：
（3）甲池中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為C₂H₅OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+5H₂O；
（4）在此過程中，若乙池中兩電極產(chǎn)生的氣體恰好相等時（假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)狀況下），理論上需通入
0.1mol乙醇．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)燃燒熱的概念來判斷；
（2）根據(jù)蓋斯定律來寫熱化學(xué)方程式；
（3）甲池是燃料電池中，通氧氣的極是正極，該極上發(fā)生氧氣得電子的還原反應(yīng)，所以總反應(yīng)方程式為：C₂H₅OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+5H₂O；
（4）根據(jù)乙池中兩電極的電極反應(yīng)計算兩電極產(chǎn)生的氣體體積恰好相等時轉(zhuǎn)移的電子數(shù)，進(jìn)而確定消耗乙醇的量．

解答 解：（1）因燃燒熱在某一溫度和壓強(qiáng)下lmol某物質(zhì)B完全燃燒生成穩(wěn)定化合物時所釋放出的熱量，而H₂O的穩(wěn)定化合物是液態(tài)水，H₂O蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)水需要放熱，所以CH₃OH的燃燒熱大于192.9kJ/mol，故答案為：大于；
（2）CH₃OH（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+3H₂（g）△H=+49.0kJ/mol      ①
    CH₃OH（g）+3/2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-192.9kJ/mol   ②
 ②-①得  3H₂（g）+3/2O₂（g）=3H₂O（g）△H=-241.9kJ/mol   ③
                      H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44kJ/mol    ④
③-④×3 得 3H₂（g）+3/2O₂（g）=3H₂O（g）△H=-373.9kJ/mol 即H₂（g）+1/2O₂（g）=H₂O（l）△H=-124.6kJ/mol，
故答案為：H₂（g）+1/2O₂（g）=H₂O（l）△H=-124.6kJ/mol；
（3）甲池是燃料電池中，通氧氣的極是正極，該極上發(fā)生氧氣得電子的還原反應(yīng)，所以總反應(yīng)方程式為：C₂H₅OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+5H₂O，故答案為：C₂H₅OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+5H₂O；
（4）乙池中陽極反應(yīng)是4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O，陰極反應(yīng)依次是：Cu²⁺+2e^-═Cu，2H⁺+2e^-═H₂，
當(dāng)銅離子全部放電時，轉(zhuǎn)移電子是0.6mol，
設(shè)轉(zhuǎn)移nmol電子時，兩極上產(chǎn)生氣體的體積相等，
則兩極上產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量等式表示為：0.25n=0.5（n-0.6），
解得n=1.2，
根據(jù)反應(yīng)C₂H₆O+3O₂═2CO₂+3H₂O，在轉(zhuǎn)移12mol電子時，消耗C₂H₆O的量為1mol，當(dāng)轉(zhuǎn)移1.2mol電子時，理論上消耗乙醇0.1moL，
故答案為：0.1．

點評 本題是一道關(guān)于電化學(xué)和熱化學(xué)知識的綜合考查題，要求學(xué)生注意知識的靈活應(yīng)用，難度不大．