Question

8．直接甲醇燃料電池（DNFC）被認為是21世紀電動汽車最佳候選動力源．
（1）101kPa時，1mol CH₃OH完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物放出熱量726.51kJ/mol，則甲醇燃燒熱的熱化學方程式為CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.51kJ/mol．
（2）甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池中將甲醇蒸汽轉(zhuǎn)化為氫氣的兩種反應(yīng)原理是：
①CH₃OH（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+3H₂（g）△H₁=+49.0kJ•mol^-1
②CH₃OH（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂（g）△H₂
已知H₂（g）+2O₂（g）═H₂O（g）△H=-241.8kJ•mol^-1則反應(yīng)②的△H₂=-192.8kJ•mol^-1．
（3）甲醇燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖如右，甲醇進入負極（填“正”或“負”），該極發(fā)生的電極反應(yīng)為CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺．
（4）已知H-H鍵能為436kJ/mol，H-N鍵能為391kJ/mol，根據(jù)化學方程式：N_2（g）+3H_2（g）=2NH_3（g）△H=-92.4KJ/mol，則N≡N鍵的鍵能是945.6KJ/mol．

Answer 1

分析 （1）1molCH₃OH完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物為氣態(tài)二氧化碳和液態(tài)水，放出熱量726.51kJ/mol，以此書寫熱化學方程式；
（2）由蓋斯定律可知，①CH₃OH（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+3H₂（g）△H₁=+49.0kJ•mol^-1、③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-241.8kJ•mol^-1，①+③得到反應(yīng)②；
（3）甲醇燃料電池中，甲醇為負極，電解質(zhì)為酸，甲醇失去電子生成二氧化碳；
（4）由N_2（g）+3H_2（g）=2NH_3（g）△H=-92.4KJ/mol，反應(yīng)熱=斷鍵吸收的能量之和-成鍵釋放的能量之和．

解答 解：（1）1molCH₃OH完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物為氣態(tài)二氧化碳和液態(tài)水，放出熱量726.51kJ/mol，則燃燒的熱化學方程式為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.51kJ/mol，
故答案為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.51kJ/mol；
（2）由蓋斯定律可知，①CH₃OH（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+3H₂（g）△H₁=+49.0kJ•mol^-1、③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-241.8kJ•mol^-1，①+③得到反應(yīng)②，
則△H₂=+49.0kJ•mol^-1+（-241.8kJ•mol^-1）=-192.8kJ•mol^-1，
故答案為：-192.8kJ•mol^-1；
（3）甲醇燃料電池中，甲醇中C元素的化合價升高，則甲醇為負極，電解質(zhì)為酸，甲醇失去電子生成二氧化碳，電極反應(yīng)為CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，
故答案為：負；CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺；
（4）由N_2（g）+3H_2（g）=2NH_3（g）△H=-92.4KJ/mol，反應(yīng)熱=斷鍵吸收的能量之和-成鍵釋放的能量之和，設(shè)N≡N鍵的鍵能為x，則：x+436KJ/mol×3-6×391KJ/mol=-92.4KJ/mol，解得：x=945.6KJ/mol，
故答案為：945.6KJ/mol．

點評 本題考查反應(yīng)熱的計算、熱化學反應(yīng)方程式的書寫、燃料電池等知識點，題目難度中等，為高考�？伎键c，注意掌握蓋斯定律的含義及應(yīng)用方法，明確原電池工作原理，試題培養(yǎng)了學生的分析能力及靈活應(yīng)用能力．