直接甲醇燃料電池（DNFC）被認(rèn)為是21世紀(jì)電動(dòng)汽車最佳候選動(dòng)力源．
（1）101kPa時(shí)，1mol CH3OH完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物放出熱量726.51kJ/mol，則甲醇燃燒的熱化學(xué)方程式為
CH3OH（l）+
3
2
O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-726.51kJ/mol
CH3OH（l）+
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）+
1
2
O2（g）=CO2（g）+2H2（g）△H2
已知H2（g）+
1
2
O2（g）═H2O（g）△H=-241.8kJ?mol-1
則反應(yīng)②的△H2=
-192.8kJ?mol-1
-192.8kJ?mol-1
．
（3）甲醇燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖如右．甲醇進(jìn)入
負(fù)
負(fù)
極（填“正”或“負(fù)”），該極發(fā)生的電極反應(yīng)為
CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+
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(xué)方程式：
N2（g）+3H2（g）=2NH3（g）△H=-92.4KJ/mol，則N≡N鍵的鍵能是
945.6KJ/mol
945.6KJ/mol
．
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(xué)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）+
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(fù)極，電解質(zhì)為酸，甲醇失去電子生成二氧化碳；
（4）由N2（g）+3H2（g）=2NH3（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(xué)方程式為CH3OH（l）+
3
2
O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-726.51kJ/mol，
故答案為：CH3OH（l）+
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）+
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(jià)升高，則甲醇為負(fù)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(fù)；CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+；
（4）由N2（g）+3H2（g）=2NH3（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(diǎn)評：本題為綜合題，涉及反應(yīng)熱的計(jì)算、熱化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫、燃料電池等知識(shí)點(diǎn)，注重高考�？伎键c(diǎn)的考查，題目難度中等．
練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中化學(xué) 來源： 題型：閱讀理解

火力發(fā)電廠釋放出大量的氮氧化物（NOx）、二氧化硫和二氧化碳等氣體會(huì)造成環(huán)境污染．對燃煤廢氣進(jìn)行脫硝、脫硫和脫碳等處理，可實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保、節(jié)能減排、廢物利用等目的．

（1）脫硝．利用甲烷催化還原NOx：CH4（g）+4NO2（g）=4NO（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H1=-574kJ?mol-1 CH4（g）+4NO（g）=2N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H2=-1160kJ?mol-1甲烷直接將NO2還原為N2的熱化學(xué)方程式為
CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-867kJ?mol-1
CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-867kJ?mol-1
．
（2）脫碳．將CO2轉(zhuǎn)化為甲醇的熱化學(xué)方程式為：CO2（g）+3H2（g）  CH3OH（g）+H2O（g）△H3
①取五份等體積CO2和H2的混合氣體（物質(zhì)的量之比均為1：3），分別加入溫度不同、容積相同的恒容密閉容器中，發(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)相同時(shí)間后，測得甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ（CH3OH） 與反應(yīng)溫度T的關(guān)系曲線（見圖1），則上述CO2轉(zhuǎn)化為甲醇反應(yīng)的△H3
＜
＜
0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②在一恒溫恒容密閉容器中充入1mol CO2和3mol H2，進(jìn)行上述反應(yīng)．測得CO2和CH3OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖2所示．下列說法正確的是
B
B
（填字母代號）．
A．第10min后，向該容器中再充入1mol CO2和3mol H2，則再次達(dá)到平衡時(shí)c（CH3OH）=1.5mol/L
B．達(dá)到平衡時(shí)，氫氣的轉(zhuǎn)化率為0.75
C．0～10分鐘內(nèi)，氫氣的平均反應(yīng)速率為0.075mol/（L?min）
D．該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)的值為3/16
E．升高溫度將使n（CH3OH）/n（CO2）增大
③直接甲醇燃料電池結(jié)構(gòu)如圖3所示．其工作時(shí)負(fù)極電極反應(yīng)式可表示為
2CH3OH+2H2O-12e-═12H++2CO2
2CH3OH+2H2O-12e-═12H++2CO2
．
（3）脫硫．某種脫硫工藝中將廢氣經(jīng)處理后，與一定量的氨氣、空氣反應(yīng)，生成硫酸銨和硝酸銨的混合物作為副產(chǎn)品化肥．設(shè)煙氣中的SO2、NO2的物質(zhì)的量之比為1：1，則該反應(yīng)的化學(xué)方程式為
12NH3+3O2+4SO2+4NO2+6H2O=4（NH4）2SO4+4NH4NO3
12NH3+3O2+4SO2+4NO2+6H2O=4（NH4）2SO4+4NH4NO3
．

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：閱讀理解

火力發(fā)電廠釋放出大量的氮氧化物（NOx）、二氧化硫和二氧化碳等氣體會(huì)造成環(huán)境污染。對燃煤廢氣進(jìn)行脫硝、脫硫和脫碳等處理，可實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保、節(jié)能減排、廢物利用等目的。

（1）脫硝。利用甲烷催化還原NOx：

CH4（g）＋4NO2（g）＝4NO（g）＋CO2（g）＋2H2O（g）△H1＝-574 kJ·mol－1

CH4（g）＋4NO（g）＝2N2（g）＋CO2（g）＋2H2O（g）△H2＝-1160 kJ·mol－1

甲烷直接將NO2還原為N2的熱化學(xué)方程式為__________。

（2）脫碳。將CO2轉(zhuǎn)化為甲醇的熱化學(xué)方程式為：

CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）  △H3

①取五份等體積CO2和H2的混合氣體（物質(zhì)的量之比均為1∶3），分別加入溫度不同、容積相同的恒容密閉容器中，發(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)相同時(shí)間后，測得甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ（CH3OH） 與反應(yīng)溫度T的關(guān)系曲線如右圖所示，則上述CO2轉(zhuǎn)化為甲醇的反應(yīng)的△H3__________0（填“＞”、“＜”或“＝”）。

②在一恒溫恒容密閉容器中充入1 mol CO2和3 mol H2，進(jìn)行上述反應(yīng)。測得CO2和CH3OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如右下圖所示。下列說法正確的是__________（填字母代號）。

       A．第10 min后，向該容器中再充入1 mol CO2和3 mol H2，則再次達(dá)到平衡時(shí)c（CH3OH）=1．5 mol/L

       B．0~10 min內(nèi)，氫氣的平均反應(yīng)速率[為0．075 mol/（L·min）

       C．達(dá)到平衡時(shí)，氫氣的轉(zhuǎn)化率為0．75

       D．該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)的值為3/16

E．升高溫度將使n（CH3OH）/n（CO2）減小

③直接甲醇燃料電池結(jié)構(gòu)如右下圖所示。其工作時(shí)正極的電極反應(yīng)式可表

示為             。

（3）脫硫。某種脫硫工藝中將廢氣經(jīng)處理后，與一定量的氨氣、空氣反應(yīng)，生成硫酸銨和硝酸銨的混合物作為副產(chǎn)品化肥。硫酸銨和硝酸銨的水溶液的pH＜7，其中原因可用一個(gè)離子方程式表示為：                         ；在一定物質(zhì)的量濃度的硝酸銨溶液中滴加適量的NaOH溶液，使溶液的pH=7，則溶液中c（Na+）+c（H+）__________c（NO3-）+c（OH-）（填寫“＞”“＝”或“＜”）

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：

（14分）

甲醇被稱為2l世紀(jì)的新型燃料，工業(yè)上通過下列反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ，來制備甲醇。

（1）將1．0 mol CH4和2．0 mol H2O（g）通入反應(yīng)室（容積為100L），在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CH4（g）+H2O（g） CO（g）+3H2（g）……Ⅰ，CH4的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如右圖所示：

①已知100℃時(shí)達(dá)到平衡所需的時(shí)間為5min，則用H2表示的平均反應(yīng)速率為       。

②圖中的P1                P2（填“<”、“>”或“=”），100℃時(shí)平衡常數(shù)為             。

（2）在壓強(qiáng)為0．1 MPa條件下,  a mol CO與 3a mol H2的混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)反應(yīng)生成甲醇：CO（g）+2H2（g）  CH3OH（g） ……Ⅱ。

③該反應(yīng)的△H               0，△S                 0（填“<”、“>”或“=”）。

④若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是                    

A．升高溫度                        B．將CH3OH（g）從體系中分離

C．充入He，使體系總壓強(qiáng)增大        D．再充入1mol CO和3mol H2

（3）在最新開發(fā)并投入生產(chǎn)的流動(dòng)電解質(zhì)直接甲醇燃料電池中，流動(dòng)電解質(zhì)硫酸的使用，可提高燃料電池效率約30%，該電池的負(fù)極反應(yīng)為                              。

 

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科目：高中化學(xué) 來源：2013屆江蘇省揚(yáng)州市高二下學(xué)期期中考試化學(xué)試卷（解析版） 題型：填空題

（15分）研究NO2、SO2 、CO等大氣污染氣體的測量及處理具有重要意義。

⑴I2O5可使H2S、CO、HC1等氧化，常用于定量測定CO的含量。已知：

2I2(s) + 5O2(g)= 2I2O5(s)     △H=－75.56 kJ·mol－1

2CO(g) + O2(g)= 2CO2(g)    △H=－566.0 kJ·mol－1

寫出CO(g)與I2O5(s)反應(yīng)生成I2(s)和CO2(g)的熱化學(xué)方程式：                         。

⑵一定條件下，NO2與SO2反應(yīng)生成SO3和NO兩種氣體。將體積比為1∶2的NO2、SO2氣體置于密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，下列能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是                    ，

a．體系壓強(qiáng)保持不變                      b．混合氣體顏色保持不變

c．SO3和NO的體積比保持不變            d．每消耗1 mol SO2的同時(shí)生成1 molNO

測得上述反應(yīng)平衡時(shí)NO2與SO2體積比為1∶6，則平衡常數(shù)K＝                      。

⑶從脫硝、脫硫后的煙氣中獲取二氧化碳，用二氧化碳合成甲醇是碳減排的新方向。將CO2轉(zhuǎn)化為甲醇的熱化學(xué)方程式為：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)  △H3

①取五份等體體積CO2和H2的的混合氣體 （物質(zhì)的量之比均為1：3），分別加入溫度不同、容積相同的恒容密閉容器中，發(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)相同時(shí)間后，測得甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ(CH3OH) 與反應(yīng)溫度T的關(guān)系曲線如圖所示，則上述CO2轉(zhuǎn)化為甲醇反應(yīng)的△H3           0（填“＞”、“＜”或“＝”）。

②在容積為1L的恒溫密閉容器中充入1 mol CO2和3 mol H2，進(jìn)行上述反應(yīng)。測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時(shí)間變化如下左圖所示。若在上述平衡體系中再充0.5 mol CO2和1.5 mol H2O(g) （保持溫度不變），則此平衡將            移動(dòng)（填“向正反應(yīng)方向”、“不”或“逆反應(yīng)方向”）

     

③直接甲醇燃料電池結(jié)構(gòu)如上右圖所示。其工作時(shí)負(fù)極電極反應(yīng)式可表示為            。

 

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科目：高中化學(xué) 來源：2010年吉林省高三第五次模擬考試（理科綜合）化學(xué)部分 題型：填空題

（14分）

甲醇被稱為2l世紀(jì)的新型燃料，工業(yè)上通過下列反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ，來制備甲醇。

（1）將1．0 mol CH4和2．0 mol H2O（g）通入反應(yīng)室（容積為100L），在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CH4（g）+H2O（g） CO（g）+3H2（g）……Ⅰ，CH4的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如右圖所示：

①已知100℃時(shí)達(dá)到平衡所需的時(shí)間為5min，則用H2表示的平均反應(yīng)速率為        。

②圖中的P1                 P2（填“<”、“>”或“=”），100℃時(shí)平衡常數(shù)為              。

（2）在壓強(qiáng)為0．1 MPa條件下,  a mol CO與 3a mol H2的混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)反應(yīng)生成甲醇：CO（g）+2H2（g）  CH3OH（g） ……Ⅱ。

③該反應(yīng)的△H                0，△S                  0（填“<”、“>”或“=”）。

④若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是                    

A．升高溫度                         B．將CH3OH（g）從體系中分離

C．充入He，使體系總壓強(qiáng)增大        D．再充入1mol CO和3mol H2

（3）在最新開發(fā)并投入生產(chǎn)的流動(dòng)電解質(zhì)直接甲醇燃料電池中，流動(dòng)電解質(zhì)硫酸的使用，可提高燃料電池效率約30%，該電池的負(fù)極反應(yīng)為                               。

 

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