Question

【题目】由于燃料电池汽车，尤其氢燃料电池汽车可以实现零污染排放，驱动系统几乎无噪音，且氢能取之不尽、用之不竭，燃料电池汽车成为近年来汽车企业关注的焦点。为了获得竞争优势，各国纷纷出台政策，加速推进燃料电池关键技术的研发。燃料电池的燃料选择有氢气、甲醇等。

(1)二氧化碳是地球温室效应的罪魁祸首，目前人们处理二氧化碳的方法之一是使其与氢气合成为甲醇，甲醇是汽车燃料电池的重要燃料。已知氢气、甲醇燃烧的热化学方程式如下：

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

写出二氧化碳与氢气合成甲醇液体的热化学方程式：________________________。

(2)有科技工作者利用稀土金属氧化物作为固体电解质制造出了甲醇—空气燃料电池。这种稀土金属氧化物在高温下能传导O2－。

①这个电池的正极发生的反应是______________；负极发生的反应是________________。

②在稀土氧化物的固体电解质中，O2－的移动方向是______________。

③甲醇可以在内燃机中燃烧直接产生动力推动机动车运行，而科技工作者要花费大量的精力研究甲醇燃料汽车。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正极流向负极；③燃料电池的能量转化率高；

【解析】

试题分析：(1)根据盖斯定律，热化学方程式①×－热化学方程式②可得合成甲醇的热化学方程式为CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(l)＋H2O(l) ΔH＝＋298.5 kJ·mol－1，故答案为：CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(l)＋H2O(l) ΔH＝＋298.5 kJ·mol－1；

(2)①该燃料电池的正极是氧气得电子，电极反应式为O2＋4e－=2O2－，而负极则是甲醇失电子的反应，电极反应式为CH3OH＋3O2－－6e－=CO2↑＋2H2O，故答案为：O2＋4e－=2O2－；CH3OH＋3O2－－6e－=CO2↑＋2H2O；

②由于正极氧气得电子生成O2－，从而导致正极富余O2－，而负极缺乏O2－，故在固体电解质中O2－从正极流向负极，故答案为：正极流向负极；

③燃料电池中使用的燃料不经过燃烧而直接转化为电能，能量转化率高，故答案为：燃料电池的能量转化率高。