Question

近来，制备和利用氢气这一清洁能源已有多项成果。

（1）德国克莱斯公司成功研制了甲醇(CH₃OH)制氢车载燃料电池工艺，其原理如下流程图所示：

①流程图中，甲醇与水在选择氧化器中反应生成二氧化碳和氢气，写出该反应的化学方程式            

②该车载燃料电池的介质为碱性环境，请写出该燃料电池的正极反应式为                            

（2）美国Bay等工厂成功研制了以甲烷来制取氢气，其生产流程如下图：

①此流程的第Ⅱ步反应为：CO(g)＋H₂O(g)H₂(g)＋CO₂(g)，该反应的化学平衡常数表达式K＝     

②此流程的第Ⅱ步反应的平衡常数随温度的变化如下表，在830 ℃、以表中的物质的量(单位为mol)投入恒容反应器发生上述反应，其中反应开始时，向正反应方向进行的有________(填实验编号)。

温度/℃	400	500	830	1 000
平衡常数K	10	9	1	0.6
实验编号	n(CO)	n(H2O)	n(H2)	n(CO2)
A	1	5	2	3
B	2	2	1	1
C	3	3	0	0
D	0.5	2	1	1

③若400 ℃时，第Ⅱ步反应生成1 mol氢气的热效应值为33.2kJ，第Ⅰ步反应的热化学方程式为：CH₄(g) ＋ H₂O(g) === 3H₂(g) ＋ CO(g) ΔH＝－103.3 kJ·mol^－1则400 ℃时，甲烷和水蒸反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式为：                          

（3）我国科学家研究了常温下利用Pt等催化剂在可见光作用下使水分解制氢气的方法，下图是三种催化剂在光照分解水实验中的效果比较图。

要得出如图所示的实验结果，需要测定的实验数据是             ，本实验的目的是                 。

Answer

①CH3OH＋H2O===2CO2＋3H2 ②O2＋2H2O＋4e－===4OH－

（1）① c(H2) ·c(CO2)/c(CO) ·c(H2O) ②B C

③CH4(g)＋2H2O(g)===CO2(g)＋4H2(g) ΔH＝－136.5 kJ·mol－1

（2）记录每半小时不同催化剂催化分解水所产生的氢气的体积；

探究常温下Pt、Ni、La等不同催化剂在可见光作用下使水分解制氢气的效果

【解析】

试题分析：根据甲醇与水在选择氧化器中反应生成二氧化碳和氢气这一句话可以直接写出反应方程式CH3OH＋H2O===2CO2＋3H2 ；燃料电池的正极一般都是氧气得到电子，根据碱性溶液这个条件可写出该极方程式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－；（2）小题中平衡常数表达式直接写成c(H2) ·c(CO2)/c(CO) ·c(H2O)；根据830℃平衡常数K为1，将四个选项中此时浓度求出浓度商Qc，小于1的都正向进行，答案选B、C；根据表格中提供的信息温度升高K值增大，可以得出第Ⅱ步反应为放热反应，将CH4(g)＋H2O(g)===3H2(g)＋CO(g) ΔH＝－103.3 kJ·mol－1 与CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g) ΔH＝－33.2 kJ·mol－1两方程式相加，可以直接得出答案。

为探究不同催化剂的对化学反应速率的影响，得出图中数据，必须在每种催化剂存在下每隔半个小时测一次氢气体积。根据图中所给信息，可以得出本实验的目的。

考点：燃料电池电极书写、盖斯定律、化学反应速率和化学平衡综合应用