Question

德国克莱斯公司成功研制了利用甲醇车载制氢氧燃料电池工艺，其原理如下图所示，请观察此图回答：

（1）甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的两种反应原理是

①CH₃OH（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+3H₂（g）；△H=+49.0kJ/mol

②2CH₃OH（g）+O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂（g）；△H=-385.8kJ/mol

下列说法正确的是

A．反应①中反应物的总能量高于生成物的总能量

B．反应①中拆开CH₃OH（g）和H₂O（g）中的化学键所需能量小于形成CO₂（g）和3H₂（g）中的化学键所释放的能量

C．CH₃OH蒸气的燃烧热为大于192.9kJ/mol

D．根据②推知反应：2CH₃OH（l）+O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂（g）的△H＞-385.8kJ/mol

（2）最近科学家提出“绿色自由”构想：把空气吹入碳酸钾溶液，然后再把CO₂从溶液中提取出来，经化学反应后使空气中的CO₂转变为可再生燃料甲醇。若有2.2kg CO₂与足量H₂恰好完全反应，生成气态的水和甲醇，可放出2473.5kJ的热量，试写出该反应的热化学方程式__________________。

（3）可给笔记本电脑供电的甲醇燃料电池已经面世，其结构示意图如下图。

甲醇在催化剂作用下提供质子（H⁺）和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一电极后与氧气反应，电池总反应为：2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O．b处通入的物质是_________，负极反应式为：___________。

Answer

（共7分）（1） CD （2分）

（2）CO2(g)+ 3H2(g)= H2O(g)+CH3OH(g)△H = -49.47 kJ/mol（2分）

（3）氧气或空气 （1分）； CH3OH＋H2O－6e—=CO2＋6H＋ （2分）。

【解析】

试题分析：（1）A．反应①是吸热反应，说明反应中反应物的总能量低于生成物的总能量，错误；B．由于反应热就是断裂化学键吸收的能量与形成化学键释放的能量的差，反应①是吸热反应，所以该反应中拆开CH3OH(g)和H2O(g)中的化学键所需能量大于形成CO2(g)和3H2(g)中的化学键所释放的能量，错误；C．燃烧热是1mol可燃物完全燃烧产生稳定的氧化物时放出的热量，H2燃烧还会释放能量，所以CH3OH蒸气的燃烧热为大于192.9kJ/mol，正确；D．由于物质含有的能量：气态>液态，所以根据②推知反应：2CH3OH（l） + O2（g） = 2CO2（g） + 4H2（g）放出的热量小于385.8kJ，则反应热的△H＞-385.8kJ/mol，正确。（2）CO2与足量H2反应产生H2O和甲醇，2.2kg CO2的物质的量是n(CO2) = 2200g ÷ 44 g/mol = 50mol，则1molCO2发生该反应放出热量是2473.5 kJ ÷ 50mol = 49.47 kJ，故该反应的热化学方程式是CO2(g) + 3H2(g) = H2O(g) + CH3OH(g) △H = -49.47 kJ/mol；（3）根据示意图可知a电极失去电子，通入的是燃料CH3OH，负极失去电子，发生氧化反应，电极反应式是：CH3OH ＋ H2O － 6e— = CO2 ＋ 6H＋；b电极通入是氧化剂，可以是氧气或空气。

考点：考查盖斯定律的应用、热化学方程式的书写、燃料电池工作原理的知识。