Question

由于燃料電池汽車，尤其氫燃料電池汽車可以實現(xiàn)零污染排放，驅動系統(tǒng)幾乎無噪音，且氫能取之不盡、用之不竭，燃料電池汽車成為近年來汽車企業(yè)關注的焦點．為了獲得競爭優(yōu)勢，各國紛紛出臺政策，加速推進燃料電池關鍵技術的研發(fā)．燃料電池的燃料有氫氣、甲醇、汽油等．
（1）二氧化碳是地球溫室效應的罪魁禍首，目前人們處理二氧化碳的方法之一是使其與氫氣反應合成甲醇，甲醇是汽車燃料電池的重要燃料．已知氫氣、甲醇燃燒的熱化學方程式如下：
2H₂（g）+O₂ （g）=2H₂O （l）△H=-571.6kJ?mol^-1  ①
CH₃OH（l）+O₂（g）→CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.0kJ?mol^-1  ②
寫出二氧化碳與氫氣合成甲醇液體的熱化學方程式：    ．
（2）有科技工作者利用稀土金屬氧化物作為固體電解質制造出了甲醇一空氣燃料電池．這種稀土金屬氧化物在高溫下能傳導O^2-．
①電池正極發(fā)生的反應是    ；
負極發(fā)生的反應是    ．
②在稀土金屬氧化物的固體電解質中，O^2-的移動方向是    ．
③甲醇可以在內燃機中燃燒直接產生動力推動機動車運行，而科技工作者卻要花費大量的精力研究甲醇燃料汽車．主要原因是：    ．

Answer 1

【答案】分析：（1）依據蓋斯定律和熱化學方程式計算得到；
（2）①燃料電池中依據原電池工作原理，正極是氧氣得到電子發(fā)生還原反應，電解質是固體，氧氣得到電子生成氧離子；甲醇在負極失電子發(fā)生氧化反應生成二氧化碳；
②原電池中陰離子移向負極
③依據原電池反應能量轉化率高分析判斷．
解答：解：（1）2H₂（g）+O₂ （g）=2H₂O （l）△H=-571.6kJ?mol^-1 ①
2CH₃OH（l）+3O₂（g）→2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-726.0kJ?mol^-1 ②
依據蓋斯定律①×3-②得到：2CO₂ （g）+6H₂ （g）=2CH₃OH（l）+2H₂O （l）△H=-262.8kJ?mol^-1；
熱化學方程式為：CO₂ （g）+3H₂ （g）=CH₃OH（l）+H₂O （l）△H=-131.4 kJ?mol^-1；
故答案為：CO₂ （g）+3H₂ （g）=CH₃OH（l）+H₂O （l）△H=-131.4 kJ?mol^-1；
（2）①甲醇一空氣燃料電池中氧氣得到電子發(fā)生還原反應生成氧離子，電極反應為：O₂+4e^-=2O^2-； 甲醇在負極失電子發(fā)生氧化反應，電極反應為：CH₂OH+4O^2--8e^-=CO₂+2H₂O；
故答案為：O₂+4e^-=2O^2-；  CH₂OH+4O^2--8e^-=CO₂+2H₂O；
②依據電極反應分析可知原電池中陰離子移向負極，氧離子從正極流向負極移動；
故答案為：從正極流向負極；
③原電池反應實現(xiàn)能量轉化的高效率，燃料電池能量轉化率高；
故答案為：燃料電池的能量轉化率高．
點評：本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律計算應用，原電池原理分析判斷，電極反應書寫方法，注意電解質是固體，題目難度中等．