Question

科學家利用太陽能分解水生成氫氣，再用氫氣與二氧化碳在催化劑作用下反應生成甲醇，并開發(fā)出直接以甲醇為燃料的燃料電池．已知：
H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ?mol^-1；
CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1；
CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.5kJ?mol^-1．
請回答下列問題：
（1）用太陽能分解10mol水消耗的能量是

 

kJ
（2）甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學方程式為

 

（3）CO可用于合成甲醇，反應方程式為CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）．CO在不同溫度下的平衡轉化率與壓強的關系如圖所示．該反應△H

 

0（填“＞”或“＜”）．實際生產(chǎn)條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強而不選擇更高壓強的理由是

 

 

（4）利用甲醇、氧氣組成燃料電池，電解質溶液為酸性，電池工作時，

 

極附近溶液pH升高．理想狀態(tài)下，該燃料電池消耗1mol甲醇所能產(chǎn)生的最大電能為702.1kJ，則該燃料電池的理論效率為

 

（燃料電池的理論效率是指電池所產(chǎn)生的最大電能與燃料電池反應所能釋放的全部能量之比）．

Answer 1

考點：轉化率隨溫度、壓強的變化曲線,熱化學方程式,原電池和電解池的工作原理

專題：

分析：（1）氫氣的燃燒熱可知水分解吸收的能量，然后利用化學計量數(shù)與反應熱的關系來計算；
（2）根據(jù)CO和CH₃OH的燃燒熱先書寫熱方程式，再利用蓋斯定律來分析甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學方程式；
（3）從橫坐標上一點，畫一條平行于縱坐標的虛線，看相同壓強下不同溫度時CO的平衡轉化率，溫度越低轉化率越低，說明，升溫時平衡向逆向移動；
（4）根據(jù)原電池中負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應，并考慮電解質溶液參與電極反應來分析pH變化，并利用電池所產(chǎn)生的最大電能與燃料電池反應所能釋放的全部能量之比來計算燃料電池的理論效率．

解答： 解：（1）H₂（g）的燃燒熱△H為-285.8kJ?mol^-1知，1molH₂（g）完全燃燒生成1molH₂O（l）放出熱量285.8kJ，即分解1mol H₂O（l）為1mol H₂（g）消耗的能量為285.8kJ，則分解10mol H₂O（l）消耗的能量為285.8kJ×10=2858kJ，
故答案為：2858；
（2）由①CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1；
②CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.5kJ?mol^-1由蓋斯定律可知用②-①得反應CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l），
該反應的反應熱△H=-726.5kJ?mol^-1-（-283.0kJ?mol^-1）=-443.5kJ?mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-443.5kJ?mol^-1；
（3）從橫坐標上一點0.5處，畫一條平行于縱坐標的虛線，看相同壓強下不同溫度時CO的平衡轉化率，溫度越高轉化率越低，說明，升溫時平衡向逆向移動．
實際生產(chǎn)條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強的理由是在1.3×10⁴kPa下，CO轉化率已較高，再增大壓強CO轉化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加，得不償失；故答案為：＜；在1.3×10⁴kPa下，CO轉化率已較高，再增大壓強CO轉化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加，得不償失；
（4）由燃料電池是原電池的一種，負極失電子發(fā)生氧化反應，正極得電子發(fā)生還原反應，甲醇燃燒生成二氧化碳和水，
但在酸性介質中，正極不會生成大量氫離子，則電解質參與電極反應，甲醇燃料電池的負極反應式為CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，正極反應式為

3

2

O₂+6H⁺+6e^-=3H₂O，所以正極附近溶液pH升高；
又該電池的理論效率為消耗1mol甲醇所能產(chǎn)生的最大電能與其燃燒熱之比，則電池的理論效率為

702.1

726.5

×100%=96.6%，故答案為：正；96.6%．

點評：本題考查較為綜合，涉及熱化學方程式的書寫、化學平衡的相關知識，該題對這些知識的要求比較高，綜合性強，解答本題比較費時，該題難度較大．