Question

【題目】2018年北京市公交行業邁入氫能源時代。“制氫”“儲氫”“用氫”等一直都是能源研究的熱點。工業上制取H2有多種方法.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）與H2O（g）反應生成CO2（g）和H2（g）的熱化學方程式為:____________________ .

（2）氫氣燃料電池能大幅度提高能量的轉化率。相同條件下，其能量密度（能量密度之比等于單位質量的可燃物轉移電子數之比）是甲醇燃料電池的_______倍（計算結果保留兩位有效數字）。

（3）科學家研發的“全氫電池"的工作原理如圖所示，該電池工作一段時間后，右池溶液的導電 能力幾乎不變。下列有關該電 池的說法正確的是 _____（填字母代號）。

a.電池的總反應是2H2 +O2 = 2H2O

b.左邊電極上的電勢高于右邊電極上的電勢

c.負極的電極反應是H2 - 2e- + 2OH- = 2H2O

d.裝置中所用的是陰離子交換膜

e.產生能源的源泉是酸和堿的中和能

（4）LiFePO4電池穩定性高、安全、對環境友好，該電池的總反應式是Li1-xFePO4＋LixC6LiFePO4＋C6，其放電時的工作原理如圖所示。則:充電時，電極a的電極名稱為_______________ ; 放電時電極b的電極反應式為______________________________ .

Answer 1

【答案】CH4（g）+H2O（g）=CO2（g）和H2（g）△H=+165.0 kJ·mol－1 3.67 ce 陰極 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；由蓋斯定律，②×2-③得CH4（g）+H2O（g）=CO2（g）和H2（g）△H=+165.0 kJ·mol－1；

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

（2）根據題意，氫氣燃料電池的反應為4H2+O2=2H2O，可得8g氫氣轉移8個電子，氫氣的能量密度為1，甲醇燃料電池反應式為2CH4O + 3O2 = 2CO2 + 4H2O，可得44g甲醇轉移12個電子，甲醇的能量密度為，氫氣的能量密度：甲醇的能量密度=1：=3.67

答案為：3.67。

（3） 根據電子的流向，電池的左邊為負極，右邊為正極，

a. 負極電極反應是H22e+2OH═2H2O，正極電極反應是2e+2H+═H2，電池的總反應無氧氣參加，故a錯誤；

b.電流從高電勢流向低電勢，電子的流向與電流相反，電子有低電勢流向高電勢，根據圖示可得，電池左端電勢小于右端電勢，故b錯誤；

c. 左邊吸附層M為負極，發生了氧化反應，電極反應是H2 - 2e- + 2OH- = 2H2O，故c正確；

d.由裝置原理圖所示，右池中氫離子得電子變為氫氣，陽離子減少，由于右池溶液的導電能力幾乎不變，需要補充陽離子，所以左池中的陽離子需要通過離子交換膜來補充右池，故為陽離子交換膜，故d錯誤；

e.根據電池的工作原理，左邊吸附層M上氫氣失電子與氫氧根結合生成水，發生了氧化反應為負極，電極反應是H2-2e-+2OH-═2H2O，右邊吸附層N為正極，發生了還原反應，電極反應是2e-+2H+═H2，結合原電池中陽離子移向正極，陰離子移向負極，電子由負極經過導線進入正極，電池總反應為OH-+ H+= H2O，故e 正確；

答案為：ce；

（4）原電池中陽離子向正極移動，鋰離子向電極b移動，則電極b為正極，電極a為負極；充電時b電極為陽極，陰極a極上C6得電子產生LixC6，電極反應式為C6+xLi++xe＝LixC6；

放電時，正極b極上Li1xFePO4得電子產生LiFePO4，電極反應式為Li1xFePO4+xLi++xe＝LiFePO4，

故答案為：陰極；Li1xFePO4+xLi++xe＝LiFePO4。