Question

質(zhì)子交換膜燃料電池廣受關(guān)注．
（1）質(zhì)子交換膜燃料電池中作為燃料的H₂通常來(lái)自水煤氣．
已知：C（s）+O₂（g）═CO（g）△H₁=-110.35kJ?mol^-1
2H₂O（l）═2H₂（g）+O₂（g）△H₂=+571.6kJ?mol^-1
H₂O（l）═H₂O（g）△H₃=+44.0kJ?mol^-1
則C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H₄=

 

．
（2）燃料氣（流速為1800mL?h^-1；體積分?jǐn)?shù)為50% H₂，0.98% CO，1.64% O₂，47.38% N₂）中的CO會(huì)使電極催化劑中毒，使用CuO/CeO₂催化劑可使CO優(yōu)先氧化而脫除．
①160℃、CuO/CeO₂作催化劑時(shí)，CO優(yōu)先氧化反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

．
②灼燒草酸鈰[Ce₂（C₂O₄）₃]制得CeO₂的化學(xué)方程式為

 

．
③在CuO/CeO₂催化劑中加入不同的酸（HIO₃或H₃PO₄），測(cè)得燃料氣中CO優(yōu)先氧化的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化如圖1所示．

加入

 

（填酸的化學(xué)式）的CuO/CeO₂催化劑催化性能最好．催化劑為

CuO

CeO2

-HIO₃，120℃時(shí)，反應(yīng)1h后CO的體積為

 

mL．
（3）圖2為甲酸質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖．該裝置中

 

（填“a”或“b”）為電池的負(fù)極，負(fù)極的電極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,原電池和電解池的工作原理,轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強(qiáng)的變化曲線

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律來(lái)計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的焓變；
（2）①160℃、CuO/CeO₂作催化劑時(shí)，CO優(yōu)先氧化為二氧化碳；
②灼燒草酸鈰[Ce₂（C₂O₄）₃]，分解制得CeO₂、一氧化碳以及二氧化碳，配平方程式即可；
③CuO/CeO₂催化劑催化性能最好，即化學(xué)反應(yīng)速率最快，據(jù)圖象來(lái)回答；催化劑為CuO/CeO₂-HIO₃，120℃時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率是80%來(lái)計(jì)算回答；
（3）在燃料點(diǎn)池中，氫離子移向正極，在負(fù)極上發(fā)生燃料失電子的氧化反應(yīng)．

解答： 解：（1）已知：①C（s）+

1

2

O₂（g）═CO（g）△H₁=-110.35kJ?mol^-1
②2H₂O（l）═2H₂（g）+O₂（g）△H₂=+571.6kJ?mol^-1
③H₂O（l）═H₂O（g）△H₃=+44.0kJ?mol^-1
則：反應(yīng)C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）可以是①+②×

1

2

-③得到，所以△H₄=①+②×

1

2

-③=（-110.35kJ?mol^-1）+（571.6kJ?mol^-1）×

1

2

-44.0kJ?mol^-1
=+131.45kJ/mol，故答案為：+131.45kJ/mol；
（2）①160℃、CuO/CeO₂作催化劑時(shí)，CO優(yōu)先氧化為二氧化碳，方程式為2CO+O₂

CuO/CeO2  .

160℃

2CO₂，故答案為：2CO+O₂

CuO/CeO2  .

160℃

2CO₂；
②灼燒草酸鈰[Ce₂（C₂O₄）₃]，分解制得CeO₂、一氧化碳以及二氧化碳，即Ce₂（C₂O₄）₃

高溫  .

2CeO₂+4CO↑+2CO₂↑，故答案為：Ce₂（C₂O₄）₃

高溫  .

2CeO₂+4CO↑+2CO₂↑；
③CuO/CeO₂催化劑催化性能最好，即化學(xué)反應(yīng)速率最快，據(jù)圖象知道當(dāng)HIO₃加入時(shí)，催化性能最好，催化劑為CuO/CeO₂-，120℃時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率是80%，氣體混合物流速為1800mL?h^-1；體積分?jǐn)?shù)為：0.98%的CO，則反應(yīng)1小時(shí)后CO的體積為

1

4

×1800×1×0.98%×80%=3.528，故答案為：HIO₃；3.528；
（3）在燃料點(diǎn)池中，氫離子移向正極b極，所以a是負(fù)極，在負(fù)極上發(fā)生燃料失電子的氧化反應(yīng)：HCOOH-2e^-=CO₂+2H⁺，故答案為：a；HCOOH-2e^-=CO₂+2H⁺．

點(diǎn)評(píng)：本題目綜合考查學(xué)生電化學(xué)、熱化學(xué)、蓋斯定律的應(yīng)用等綜合知識(shí)，注意知識(shí)的歸納和整理是關(guān)鍵，難度中等．