Question

（本小题满分15分）

参考下列图表和有关要求回答问题：

（1）甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的一种原理是CH₃OH(g)和H₂O(g)反应生成CO₂和H₂。右图是该过程中能量变化示意图，若在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，正反应活化能 a的变化是_____________（填“增大”、“减小”、“不变”），反应热△H的变化是_____________（填“增大”、“减小”、“不变”）。请写反应进程出CH3OH(g)和H2O(g)反应的热化学方程式_____________。

（2）甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的另一种反应原理是：CH₃OH(g)+1/2O₂(g) CO₂(g)+2H₂(g)  △H=c kJ/mol又知H₂O(g) H₂O(l)  △H=d kJ/mol。则甲醇燃烧生成液态水的热化学方程式为_____________。

（3）以CH₃OH燃料电池为电源电解法制取ClO₂。二氧化氯（ClO₂）为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。

①CH₃OH燃料电池放电过程中，通入 O₂的电极附近溶液的pH_____________，负极反应式为_____________。

②图中电解池用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取 ClO₂。阳极产生 ClO₂的反应式为_____________。

③电解一段时间，从阴极处收集到的气体比阳极处收集到气体多 6.72L时（标准状况，忽略生成的气体溶解），停止电解，通过阳离子交换膜的阳离子为_____________mol。

Answer

（1）减小 CH3OH(g) + H2O(g) CO2(g) + 3H2(g) △H=+（a-b）kJ/mol；

（2）2CH3OH(g)+3O2(g) 2 CO2(g)+4 H2O(l) △H=-（4a-4b-6c-4d）kJ/mol（3）①增大CH3OH-6e-+8OH-═CO32-+6H2O ②Cl--5e-+2H2O=ClO2↑+4H+ ③1mol

【解析】

试题分析：（1）催化剂能降低反应的活化能，不改变反应的反应热，所以若在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，正反应活化能a减小，反应热△H不变；根据示意图CH3OH(g) + H2O(g) CO2(g) + 3H2(g) △H=+（a-b）kJ/mol；（2）已知CH3OH(g) + H2O(g) CO2(g) + 3H2(g) △H=+（a-b）kJ/mol①，CH3OH(g)+1/2O2(g) CO2(g)+2H2(g) △H=c kJ/mol②，H2O(g) H2O(l) △H=d kJ/mol③。根据盖斯定律②×6-①×4+③×4得，2CH3OH(g)+3O2(g) 2 CO2(g)+4 H2O(l) △H=-（4a-4b-6c-4d）kJ/mol；（3）①放电时，甲醇失电子发生氧化反应，所以甲醇参与反应的电极是负极，电极反应式为CH3OH-6e-+8OH-═CO32-+6H2O，阳极电极反应式为O2+2H2O+4e=4OH--，O2的电极附近溶液的pH增大；②氯离子放电生成ClO2，由元素守恒可知，有水参加反应，同时生成氢离子，电极反应式为：Cl--5e-+2H2O=ClO2↑+4H+；③在阴极发生10H++10e-=5H2↑，阳极2Cl--10e-+4H2O=2ClO2↑+8H+，标准状况下，从阴极处收集到的气体比阳极处收集到气体多 0.36mol时，设阴极生成H2 x mol，阳极生成ClO2 y mol，则，x-y=0.3 , x/y=5/2 解得，x=0.5mol，y=0.2mol，在阴极上消耗1mol H+，所以就有1mol阳离子通过阳离子交换膜。

考点：燃料电池、电解原理应用及相关计算