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科学家预言,燃料电池是21世纪获得电能的重要途径.一种甲烷燃料电池是采用铂作电极催化剂,电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过.其工作原理的示意图如下:请回答下列问题
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科学家预言,燃料电池是21世纪获得电能的重要途径.一种甲烷燃料电池是采用铂作电极催化剂,电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过.其工作原理的示意图如下:
请回答下列问题:
(1)Pt(a)电极是电池的______极,其电极反应式为______.
Pt(b)电极发生______反应(填“氧化”或“还原”),其电极反应式为______.
(2)如果该电池工作时电路中通过2mol电子,则消耗CH4的物质的量为______mol.
(3)25℃、101kPa时,若CH4在氧气中直接燃烧生成1mol水蒸气放热401kJ,写出该反应的热化学方程式______;若lg水蒸气转化成液态水放热2.445kJ,则CH4的燃烧热为______kJ/mol.
请回答下列问题:
(1)Pt(a)电极是电池的______极,其电极反应式为______.
Pt(b)电极发生______反应(填“氧化”或“还原”),其电极反应式为______.
(2)如果该电池工作时电路中通过2mol电子,则消耗CH4的物质的量为______mol.
(3)25℃、101kPa时,若CH4在氧气中直接燃烧生成1mol水蒸气放热401kJ,写出该反应的热化学方程式______;若lg水蒸气转化成液态水放热2.445kJ,则CH4的燃烧热为______kJ/mol.
▼优质解答
答案和解析
(1)该原电池中质子交换膜只允许质子和水分子通过,说明电解质溶液为酸性溶液,燃料电池中,通入燃料的电极为负极,负极上甲烷失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子,电极反应式为:CH4-8e-+2H2O=8H++CO2,通入氧化剂的电极为正极,正极上氧气得电子和氢离子反应生成水而发生还原反应,
电极反应式为2O2+8e-+8H+=4H2O,
故答案为:负;CH4-8e-+2H2O=8H++CO2;还原;2O2+8e-+8H+=4H2O;
(2)负极上电极反应式为CH4-8e-+2H2O=8H++CO2,根据甲烷和转移电子之间的关系式知,该电池工作时电路中通过2mol电子则消耗CH4的物质的量=
×1=0.25mol,
故答案为:0.25;
(3)CH4在氧气中直接燃烧生成1mol水蒸气放热401kJ,生成2mol水蒸气放出802kJ热量,
所以其热化学反应方程式为:CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H=-890.3 kJ•mol-1 ①;
lg水蒸气转化成液态水放热2.445kJ,2mol水蒸气转化为液态水放出的热量为
×2=9.78kJ,
2H2O(g)═2H2O(l)△H=-9.78kJ/mol②,
将方程式①+②得CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H=-890.08kJ/mol,
所以甲烷的燃烧热为890.08kJ/mol,
故答案为:CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H=-890.3 kJ•mol-1;890.08.
电极反应式为2O2+8e-+8H+=4H2O,
故答案为:负;CH4-8e-+2H2O=8H++CO2;还原;2O2+8e-+8H+=4H2O;
(2)负极上电极反应式为CH4-8e-+2H2O=8H++CO2,根据甲烷和转移电子之间的关系式知,该电池工作时电路中通过2mol电子则消耗CH4的物质的量=
2mol |
8 |
故答案为:0.25;
(3)CH4在氧气中直接燃烧生成1mol水蒸气放热401kJ,生成2mol水蒸气放出802kJ热量,
所以其热化学反应方程式为:CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H=-890.3 kJ•mol-1 ①;
lg水蒸气转化成液态水放热2.445kJ,2mol水蒸气转化为液态水放出的热量为
2.445kJ | ||
|
2H2O(g)═2H2O(l)△H=-9.78kJ/mol②,
将方程式①+②得CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H=-890.08kJ/mol,
所以甲烷的燃烧热为890.08kJ/mol,
故答案为:CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H=-890.3 kJ•mol-1;890.08.
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