Question

【題目】2018年北京市公交行業(yè)邁入氫能源時(shí)代。“制氫”“儲(chǔ)氫”“用氫”等一直都是能源研究的熱點(diǎn)。工業(yè)上制取H2有多種方法.如：

①C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g) △H1=＋131.5kJ·mol－1

②CH4(g)＋H2O(g)=CO(g)＋3H2(g) △H2=＋206.2kJ·mol－1

③CH4(g)＋CO2(g)=2CO(g)＋2H2(g) △H3=＋247.4kJ·mol－1

④2H2O(g)=2H2(g)＋O2(g) △H4=＋483.6kJ·mol－1

（1）CH4（g）與H2O（g）反應(yīng)生成CO2（g）和H2（g）的熱化學(xué)方程式為:____________________ .

（2）氫氣燃料電池能大幅度提高能量的轉(zhuǎn)化率。相同條件下，其能量密度（能量密度之比等于單位質(zhì)量的可燃物轉(zhuǎn)移電子數(shù)之比）是甲醇燃料電池的_______倍（計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。

（3）科學(xué)家研發(fā)的“全氫電池"的工作原理如圖所示，該電池工作一段時(shí)間后，右池溶液的導(dǎo)電 能力幾乎不變。下列有關(guān)該電 池的說(shuō)法正確的是 _____（填字母代號(hào)）。

a.電池的總反應(yīng)是2H2 +O2 = 2H2O

b.左邊電極上的電勢(shì)高于右邊電極上的電勢(shì)

c.負(fù)極的電極反應(yīng)是H2 - 2e- + 2OH- = 2H2O

d.裝置中所用的是陰離子交換膜

e.產(chǎn)生能源的源泉是酸和堿的中和能

（4）LiFePO4電池穩(wěn)定性高、安全、對(duì)環(huán)境友好，該電池的總反應(yīng)式是Li1-xFePO4＋LixC6LiFePO4＋C6，其放電時(shí)的工作原理如圖所示。則:充電時(shí)，電極a的電極名稱(chēng)為_______________ ; 放電時(shí)電極b的電極反應(yīng)式為______________________________ .

Answer 1

【答案】CH4（g）+H2O（g）=CO2（g）和H2（g）△H=+165.0 kJ·mol－1 3.67 ce 陰極 Li1xFePO4+xLi++xe＝LiFePO4

【解析】

（1）已知②CH4(g)＋H2O(g)=CO(g)＋3H2(g) △H2=＋206.2kJ·mol－1、③CH4(g)＋CO2(g)=2CO(g)＋2H2(g) △H3=＋247.4kJ·mol－1；由蓋斯定律，②×2-③得CH4（g）+H2O（g）=CO2（g）和H2（g）△H=+165.0 kJ·mol－1；

答案為：CH4（g）+H2O（g）=CO2（g）和H2（g）△H=+165.0 kJ·mol－1

（2）根據(jù)題意，氫氣燃料電池的反應(yīng)為4H2+O2=2H2O，可得8g氫氣轉(zhuǎn)移8個(gè)電子，氫氣的能量密度為1，甲醇燃料電池反應(yīng)式為2CH4O + 3O2 = 2CO2 + 4H2O，可得44g甲醇轉(zhuǎn)移12個(gè)電子，甲醇的能量密度為，氫氣的能量密度：甲醇的能量密度=1：=3.67

答案為：3.67。

（3） 根據(jù)電子的流向，電池的左邊為負(fù)極，右邊為正極，

a. 負(fù)極電極反應(yīng)是H22e+2OH═2H2O，正極電極反應(yīng)是2e+2H+═H2，電池的總反應(yīng)無(wú)氧氣參加，故a錯(cuò)誤；

b.電流從高電勢(shì)流向低電勢(shì)，電子的流向與電流相反，電子有低電勢(shì)流向高電勢(shì)，根據(jù)圖示可得，電池左端電勢(shì)小于右端電勢(shì)，故b錯(cuò)誤；

c. 左邊吸附層M為負(fù)極，發(fā)生了氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)是H2 - 2e- + 2OH- = 2H2O，故c正確；

d.由裝置原理圖所示，右池中氫離子得電子變?yōu)闅錃�，�?yáng)離子減少，由于右池溶液的導(dǎo)電能力幾乎不變，需要補(bǔ)充陽(yáng)離子，所以左池中的陽(yáng)離子需要通過(guò)離子交換膜來(lái)補(bǔ)充右池，故為陽(yáng)離子交換膜，故d錯(cuò)誤；

e.根據(jù)電池的工作原理，左邊吸附層M上氫氣失電子與氫氧根結(jié)合生成水，發(fā)生了氧化反應(yīng)為負(fù)極，電極反應(yīng)是H2-2e-+2OH-═2H2O，右邊吸附層N為正極，發(fā)生了還原反應(yīng)，電極反應(yīng)是2e-+2H+═H2，結(jié)合原電池中陽(yáng)離子移向正極，陰離子移向負(fù)極，電子由負(fù)極經(jīng)過(guò)導(dǎo)線進(jìn)入正極，電池總反應(yīng)為OH-+ H+= H2O，故e 正確；

答案為：ce；

（4）原電池中陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，鋰離子向電極b移動(dòng)，則電極b為正極，電極a為負(fù)極；充電時(shí)b電極為陽(yáng)極，陰極a極上C6得電子產(chǎn)生LixC6，電極反應(yīng)式為C6+xLi++xe＝LixC6；

放電時(shí)，正極b極上Li1xFePO4得電子產(chǎn)生LiFePO4，電極反應(yīng)式為Li1xFePO4+xLi++xe＝LiFePO4，

故答案為：陰極；Li1xFePO4+xLi++xe＝LiFePO4。