Question

【题目】Ⅰ.车用燃料技术的研究受到广泛关注,目前利用氢能的氢氧燃料电池技术较成熟。某兴趣小组想探究氢氧燃料电池反应的工作原理,设计如图(a)所示的实验装置。实验前,U 型管中装满溶液,电极均为铂电极。

（1）I池为______(填“原电池”、“电解池”)，判断A、B的电极名称的依据是:__________ B极的电极反应式:__________

（2）通电一段时间后，滤纸上发生明显颜色变化,则发生反应的化学方程式为___________

（3）Ⅱ池中电极具有导电和_______的作用,写出D的电极反应式:___________

Ⅱ.该兴趣小组查阅资料发现，现有的技术在原料氢气的储存和运输方面都存在安全隐患.2017年3月大连理工大学研究以“铂一碳化钼催化甲醇和水液化重组制备氢气”的新方法获得重大突破,并在美国《自然》杂志发表，具体原理如上图(b)所示:

（4）过程Ⅱ属于_________(填“吸热”或“放热)过程。

（5）依据下表完成总反应的热化学方程式:____________

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

（6）天然气是一种清洁的化石燃料.也可以在一定的条件下与水反应产生CO2和H2，若生产等量氢气，则消耗甲醇和甲烷的质量比为：_________。

Answer 1

【答案】 电解池 因为I池实质是电解水，可观察“U”管两端生成气体的体积大小，判断产生体积大的为H2，即阴极。所以A为阴极、B极为阳极 2H2O﹣4e- ﹦O2↑+ 4 H+或4OH﹣﹣4e- ﹦O2↑﹢2H2O 2NaCl + 2H2O H2↑+ Cl2↑+ 2NaOH 催化 H2 ﹢2OH –﹣2e- ﹦2H2O 吸热 CH3OH（g）+H2O（g）═ CO2（g）+3H2（g）△H=﹢46.0 kJ·mol -1 8:3

【解析】(1)根据图示，I池存在外接电源，为电解池，I池实质是电解水，可观察“U”管两端生成气体的体积大小，判断产生体积大的为H2，即阴极。所以A为阴极、B极为阳极，其中B极的电极反应式为2H2O﹣4e- ﹦O2↑+ 4 H+或4OH﹣﹣4e- ﹦O2↑﹢2H2O，故答案为：电解池；因为I池实质是电解水，可观察“U”管两端生成气体的体积大小，判断产生体积大的为H2，即阴极。所以A为阴极、B极为阳极；2H2O﹣4e- ﹦O2↑+ 4 H+或4OH﹣﹣4e- ﹦O2↑﹢2H2O；

(2)电解饱和食盐水的化学方程式为2NaCl + 2H2O H2↑+ Cl2↑+ 2NaOH，故答案为：2NaCl + 2H2O H2↑+ Cl2↑+ 2NaOH；

(3)I池生成的氢气和氧气通入Ⅱ池中形成原电池，在铂电极作催化剂时反应生成水，其中D为负极，电极反应式为H2 ﹢2OH –﹣2e- ﹦2H2O，故答案为：催化；H2 ﹢2OH –﹣2e- ﹦2H2O；

(4)根据图示，过程II为H2O(g)的催化分解，为吸热过程，故答案为：吸热；

(5)根据图示，CH3OH(g)和H2O(g)在铂一碳化钼催化作用下生成CO2(g)和H2(g)

反应的方程式为CH3OH+H2O→ CO2+3H2，根据△H=反应物的键能之和-生成物的键能之和=(414×3+326+464+2×464)kJ·mol -1-(803×2+436×3)kJ·mol -1=﹢46.0 kJ·mol -1，故答案为：CH3OH(g)+H2O(g)═ CO2(g)+3H2(g)△H=﹢46.0 kJ·mol -1；

(6)天然气是一种清洁的化石燃料.也可以在一定的条件下与水反应产生CO2和H2，反应的方程式为CH4+2H2O→CO2+4H2，CH3OH+H2O→ CO2+3H2，根据方程式可知，生产等量氢气，消耗的甲醇和甲烷的物质的量之比为，则质量之比为=，故答案为：。