Question

【題目】由于燃料電池汽車，尤其氫燃料電池汽車可以實現零污染排放，驅動系統幾乎無噪音，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關注的焦點。為了獲得競爭優勢，各國紛紛出臺政策，加速推進燃料電池關鍵技術的研發。燃料電池的燃料選擇有氫氣、甲醇等。

(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合成為甲醇，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) ΔH＝－285 kJ·mol－1①

CH3OH(l)＋O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－726.0 kJ·mol－1②

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—空氣燃料電池。這種稀土金屬氧化物在高溫下能傳導O2－。

①這個電池的正極發生的反應是______________；負極發生的反應是________________。

②在稀土氧化物的固體電解質中，O2－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】

(1)CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(l)＋H2O(l) ΔH＝＋298.5 kJ·mol－1；

(2)①O2＋4e－=2O2－；CH3OH＋3O2－－6e－=CO2↑＋2H2O；

②正極流向負極；③燃料電池的能量轉化率高；

【解析】

試題分析：(1)根據蓋斯定律，熱化學方程式①×－熱化學方程式②可得合成甲醇的熱化學方程式為CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(l)＋H2O(l) ΔH＝＋298.5 kJ·mol－1，故答案為：CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(l)＋H2O(l) ΔH＝＋298.5 kJ·mol－1；

(2)①該燃料電池的正極是氧氣得電子，電極反應式為O2＋4e－=2O2－，而負極則是甲醇失電子的反應，電極反應式為CH3OH＋3O2－－6e－=CO2↑＋2H2O，故答案為：O2＋4e－=2O2－；CH3OH＋3O2－－6e－=CO2↑＋2H2O；

②由于正極氧氣得電子生成O2－，從而導致正極富余O2－，而負極缺乏O2－，故在固體電解質中O2－從正極流向負極，故答案為：正極流向負極；

③燃料電池中使用的燃料不經過燃燒而直接轉化為電能，能量轉化率高，故答案為：燃料電池的能量轉化率高。