Question

3．甲醇燃料電池（DNFC）被認(rèn)為是21世紀(jì)電動汽車最佳候選動力源．
（1）101 kPa時，1 mol CH₃OH完全燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水，放出熱量726.51 kJ/mol，則甲醇燃燒的熱化學(xué)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：
①CH₃ OH（g）+H₂ O（g）═CO₂ （g）+3H₂ （g）△H₁=+49.0 kJ•mol^-1 
②CH₃ OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）═CO₂ （g）+2H₂ （g）△H₂ 
已知H₂ （g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）═H₂ O（g）△H=-241.8 kJ•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)示意圖如圖．甲醇進(jìn)入負(fù) 極（填“正”或“負(fù)”），正極發(fā)生的電極反應(yīng)為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O． 
（4）已知H-H鍵能為436 KJ/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945.6 kJ/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(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）+$\frac{1}{2}$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(fù)極，電解質(zhì)為酸，甲醇失去電子生成二氧化碳；
（4）反應(yīng)熱=反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能，以此解答．

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）+$\frac{3}{2}$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(fù)極，電解質(zhì)為酸，甲醇失去電子生成二氧化碳，正極電極反應(yīng)為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，
故答案為：負(fù)；O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O．
（4）已知：H-H鍵能為436kJ/mol，H-N鍵能為391kJ/mol，令N≡N的鍵能為x，
對于反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92kJ/mol，
反應(yīng)熱=反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能，故x+3×436kJ/mol-2×3×391kJ/mol=-92kJ/mol，
解得：x=945.6 kJ/mol，故答案為：945.6 kJ/mol．

點評 本題為綜合題，涉及反應(yīng)熱的計算、熱化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫、燃料電池等知識點，注重高考�？伎键c的考查，題目難度中等．