Question

（13分）直接甲醇燃料電池（DNFC）被認為是21世紀電動汽車最佳候選動力源。
（1）101 kPa時，1 mol CH₃OH完全燃燒生成穩定的氧化物放出熱量726.51 kJ/mol，則甲醇燃燒的熱化學方程式為                                     。
（2）甲醇質子交換膜燃料電池中將甲醇蒸汽轉化為氫氣的兩種反應原理是：
①CH₃OH(g)+H₂O(g)=CO₂(g)+3H₂(g) 　△H₁="+49.0" kJ·mol^-1
②CH₃OH(g)+O₂(g)= CO₂(g)+2H₂(g)　△H₂
已知H₂(g)+O₂(g)===H₂O(g)　　△H ="-241.8" kJ·mol^-1
則反應②的△H₂= 　　　　　　　　　      。
（3）甲醇燃料電池的結構示意圖如右。甲醇進入　　　　極（填“正”或“負”），該極發生的電極反應為　　　　　　　　　　                　　。

（4）已知H—H鍵能為436 KJ/mol，H—N鍵能為391KJ/mol，根據化學方程式：
N_{2 （g）}+ 3H_{2 （g）}= 2NH_3（g） ΔH=" —92.4" KJ/mol，則N≡N鍵的鍵能是                 。

Answer 1

（13分）（1）CH₃OH(l) + 3/2 O₂(g) ＝ CO₂(g) + 2H₂O(l)  △H =－726.51 kJ/mol （3分）
（2）－192.8 kJ·mol^-1  （3分）    
（3）負  （2分） CH₃OH+ H₂O－6e^－＝CO₂ + 6H⁺ （2分） （4）945．6KJ/mol （3分）

試題分析：（1）根據已知條件可知，甲醇燃燒的熱化學方程式為CH₃OH(l) + 3/2 O₂(g) ＝ CO₂(g) + 2H₂O(l)  △H =－726.51 kJ/mol。
（2）根據蓋斯定律可知，②－①即得到H₂(g)+O₂(g)＝H₂O(g)，所以該反應的△H＝△H₂－49.0 kJ·mol^-1＝－241.8 kJ·mol^-1，解得△H₂＝－192.8 kJ·mol^-1 。
（3）原電池中負極失去電子，正極得到電子。所以甲醇在負極通入。由于含有氫離子交換膜，因此負極電極反應式是CH₃OH+ H₂O－6e^－＝CO₂ + 6H⁺。
（4）反應熱等于反應物中化學鍵的斷裂吸收的能量和形成化學鍵時所放出的能量的差值。因此根據鍵能可知，ΔH＝x＋2×436kJ/mol－2×3×391kJ/mol＝—92.4 KJ/mol，解得x＝945．6KJ/mol，即氮氮三鍵鍵能是945．6KJ/mol。
點評：在計算反應熱時除根據蓋斯定律外，還可以利用鍵能進行計算。因為化學反應的實質就是舊鍵斷裂。新鍵形成的過程。