Question

【題目】Ⅰ.車用燃料技術的研究受到廣泛關注,目前利用氫能的氫氧燃料電池技術較成熟。某興趣小組想探究氫氧燃料電池反應的工作原理,設計如圖(a)所示的實驗裝置。實驗前,U 型管中裝滿溶液,電極均為鉑電極。

（1）I池為______(填“原電池”、“電解池”)，判斷A、B的電極名稱的依據是:__________ B極的電極反應式:__________

（2）通電一段時間后，濾紙上發生明顯顏色變化,則發生反應的化學方程式為___________

（3）Ⅱ池中電極具有導電和_______的作用,寫出D的電極反應式:___________

Ⅱ.該興趣小組查閱資料發現，現有的技術在原料氫氣的儲存和運輸方面都存在安全隱患.2017年3月大連理工大學研究以“鉑一碳化鉬催化甲醇和水液化重組制備氫氣”的新方法獲得重大突破,并在美國《自然》雜志發表，具體原理如上圖(b)所示:

（4）過程Ⅱ屬于_________(填“吸熱”或“放熱)過程。

（5）依據下表完成總反應的熱化學方程式:____________

化學鍵	C=O	H-H	C-O	H-O	C-H
E/(kJ/mol)	803	436	326	464	414

（6）天然氣是一種清潔的化石燃料.也可以在一定的條件下與水反應產生CO2和H2，若生產等量氫氣，則消耗甲醇和甲烷的質量比為：_________。

Answer 1

【答案】 電解池 因為I池實質是電解水，可觀察“U”管兩端生成氣體的體積大小，判斷產生體積大的為H2，即陰極。所以A為陰極、B極為陽極 2H2O﹣4e- ﹦O2↑+ 4 H+或4OH﹣﹣4e- ﹦O2↑﹢2H2O 2NaCl + 2H2O H2↑+ Cl2↑+ 2NaOH 催化 H2 ﹢2OH –﹣2e- ﹦2H2O 吸熱 CH3OH（g）+H2O（g）═ CO2（g）+3H2（g）△H=﹢46.0 kJ·mol -1 8:3

【解析】(1)根據圖示，I池存在外接電源，為電解池，I池實質是電解水，可觀察“U”管兩端生成氣體的體積大小，判斷產生體積大的為H2，即陰極。所以A為陰極、B極為陽極，其中B極的電極反應式為2H2O﹣4e- ﹦O2↑+ 4 H+或4OH﹣﹣4e- ﹦O2↑﹢2H2O，故答案為：電解池；因為I池實質是電解水，可觀察“U”管兩端生成氣體的體積大小，判斷產生體積大的為H2，即陰極。所以A為陰極、B極為陽極；2H2O﹣4e- ﹦O2↑+ 4 H+或4OH﹣﹣4e- ﹦O2↑﹢2H2O；

(2)電解飽和食鹽水的化學方程式為2NaCl + 2H2O H2↑+ Cl2↑+ 2NaOH，故答案為：2NaCl + 2H2O H2↑+ Cl2↑+ 2NaOH；

(3)I池生成的氫氣和氧氣通入Ⅱ池中形成原電池，在鉑電極作催化劑時反應生成水，其中D為負極，電極反應式為H2 ﹢2OH –﹣2e- ﹦2H2O，故答案為：催化；H2 ﹢2OH –﹣2e- ﹦2H2O；

(4)根據圖示，過程II為H2O(g)的催化分解，為吸熱過程，故答案為：吸熱；

(5)根據圖示，CH3OH(g)和H2O(g)在鉑一碳化鉬催化作用下生成CO2(g)和H2(g)

反應的方程式為CH3OH+H2O→ CO2+3H2，根據△H=反應物的鍵能之和-生成物的鍵能之和=(414×3+326+464+2×464)kJ·mol -1-(803×2+436×3)kJ·mol -1=﹢46.0 kJ·mol -1，故答案為：CH3OH(g)+H2O(g)═ CO2(g)+3H2(g)△H=﹢46.0 kJ·mol -1；

(6)天然氣是一種清潔的化石燃料.也可以在一定的條件下與水反應產生CO2和H2，反應的方程式為CH4+2H2O→CO2+4H2，CH3OH+H2O→ CO2+3H2，根據方程式可知，生產等量氫氣，消耗的甲醇和甲烷的物質的量之比為，則質量之比為=，故答案為：。