Question

【题目】2018年北京市公交行业迈入氢能源时代。“制氢”“储氢”“用氢”等一直都是能源研究的热点。工业上制取H2有多种方法.如：

①C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g) △H1=＋131.5kJ·mol－1

②CH4(g)＋H2O(g)=CO(g)＋3H2(g) △H2=＋206.2kJ·mol－1

③CH4(g)＋CO2(g)=2CO(g)＋2H2(g) △H3=＋247.4kJ·mol－1

④2H2O(g)=2H2(g)＋O2(g) △H4=＋483.6kJ·mol－1

（1）CH4（g）与H2O（g）反应生成CO2（g）和H2（g）的热化学方程式为:____________________ .

（2）氢气燃料电池能大幅度提高能量的转化率。相同条件下，其能量密度（能量密度之比等于单位质量的可燃物转移电子数之比）是甲醇燃料电池的_______倍（计算结果保留两位有效数字）。

（3）科学家研发的“全氢电池"的工作原理如图所示，该电池工作一段时间后，右池溶液的导电 能力几乎不变。下列有关该电 池的说法正确的是 _____（填字母代号）。

a.电池的总反应是2H2 +O2 = 2H2O

b.左边电极上的电势高于右边电极上的电势

c.负极的电极反应是H2 - 2e- + 2OH- = 2H2O

d.装置中所用的是阴离子交换膜

e.产生能源的源泉是酸和碱的中和能

（4）LiFePO4电池稳定性高、安全、对环境友好，该电池的总反应式是Li1-xFePO4＋LixC6LiFePO4＋C6，其放电时的工作原理如图所示。则:充电时，电极a的电极名称为_______________ ; 放电时电极b的电极反应式为______________________________ .

Answer 1

【答案】CH4（g）+H2O（g）=CO2（g）和H2（g）△H=+165.0 kJ·mol－1 3.67 ce 阴极 Li1xFePO4+xLi++xe＝LiFePO4

【解析】

（1）已知②CH4(g)＋H2O(g)=CO(g)＋3H2(g) △H2=＋206.2kJ·mol－1、③CH4(g)＋CO2(g)=2CO(g)＋2H2(g) △H3=＋247.4kJ·mol－1；由盖斯定律，②×2-③得CH4（g）+H2O（g）=CO2（g）和H2（g）△H=+165.0 kJ·mol－1；

答案为：CH4（g）+H2O（g）=CO2（g）和H2（g）△H=+165.0 kJ·mol－1

（2）根据题意，氢气燃料电池的反应为4H2+O2=2H2O，可得8g氢气转移8个电子，氢气的能量密度为1，甲醇燃料电池反应式为2CH4O + 3O2 = 2CO2 + 4H2O，可得44g甲醇转移12个电子，甲醇的能量密度为，氢气的能量密度：甲醇的能量密度=1：=3.67

答案为：3.67。

（3） 根据电子的流向，电池的左边为负极，右边为正极，

a. 负极电极反应是H22e+2OH═2H2O，正极电极反应是2e+2H+═H2，电池的总反应无氧气参加，故a错误；

b.电流从高电势流向低电势，电子的流向与电流相反，电子有低电势流向高电势，根据图示可得，电池左端电势小于右端电势，故b错误；

c. 左边吸附层M为负极，发生了氧化反应，电极反应是H2 - 2e- + 2OH- = 2H2O，故c正确；

d.由装置原理图所示，右池中氢离子得电子变为氢气，阳离子减少，由于右池溶液的导电能力几乎不变，需要补充阳离子，所以左池中的阳离子需要通过离子交换膜来补充右池，故为阳离子交换膜，故d错误；

e.根据电池的工作原理，左边吸附层M上氢气失电子与氢氧根结合生成水，发生了氧化反应为负极，电极反应是H2-2e-+2OH-═2H2O，右边吸附层N为正极，发生了还原反应，电极反应是2e-+2H+═H2，结合原电池中阳离子移向正极，阴离子移向负极，电子由负极经过导线进入正极，电池总反应为OH-+ H+= H2O，故e 正确；

答案为：ce；

（4）原电池中阳离子向正极移动，锂离子向电极b移动，则电极b为正极，电极a为负极；充电时b电极为阳极，阴极a极上C6得电子产生LixC6，电极反应式为C6+xLi++xe＝LixC6；

放电时，正极b极上Li1xFePO4得电子产生LiFePO4，电极反应式为Li1xFePO4+xLi++xe＝LiFePO4，

故答案为：阴极；Li1xFePO4+xLi++xe＝LiFePO4。