Question

17．CH₄、H₂、C都是優(yōu)質的能源物質，它們?nèi)紵�的熱化學方程式為：
①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3kJ/mol
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ/mol
③C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol
（1）深海中存在一種甲烷細菌，它們依靠酶使甲烷與O₂作用產(chǎn)生的能量存活，甲烷細菌使1mol甲烷生成CO₂氣體與液態(tài)水，放出的能量=（填“＞”“＜”或“=”）890.3kJ．
（2）甲烷與CO₂可用于合成合成氣（主要成分是一氧化碳和氫氣）：CH₄+CO₂═2CO+2H₂，1gCH₄完全反應可釋放15.46kJ的熱量，則：
①圖1中能表示該反應過程中能量變化的是D（填字母）．

②若將物質的量均為1mol的CH₄與CO₂充入某恒容密閉容器中，體系放出的熱量隨著時間的變化如圖2所示，則CH₄的轉化率約為63%．
（3）C（s）與H₂（g）不反應，所以C（s）+2H₂（g）═CH₄（g）的反應熱無法直接測量，但通過上述反應可求出C（s）+2H₂（g）═CH₄（g）的反應熱△H=-74.8kJ•mol^-1 ．
（4）圖3是甲烷燃料電池原理示意圖，請回答下列問題：
①電池的負極是a（填“a”或“b”）電極，正極上的電極反應是O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；．
②電池工作一段時間后電解質溶液的pH減�。ㄌ睢霸龃蟆薄皽p小”或“不變”）．

Answer 1

分析 （1）CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890，.3kJ•mol^-1，得到甲烷細菌使1mol甲烷生成CO₂氣體與液態(tài)水放出的熱量；
（2）①甲烷與CO₂可用于合成合成氣（主要成分是一氧化碳和氫氣）：CH₄+CO₂═2CO+2H₂，1g CH₄完全反應可釋放15.46kJ的熱量，計算1mol甲烷完全反應放出的熱量，反應為放熱反應，據(jù)此分析圖象判斷；
②依據(jù)①計算得到的反應的焓變，圖中是反應達到平衡狀態(tài)時放熱155.8KJ，計算反應的甲烷得到轉化率；
（3）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）；△H₁=-890.3kJ/mol；
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
③C（s）+O₂（g）=CO₂（g）；△H₂=-393.5kJ/mol
反應C（石墨，s）+2H₂（g）=CH₄（g）可以是②+③-①得到，由此分析解答；
（4）①堿性甲烷燃料電池中通入甲烷的一極為原電池的負極，通入氧氣的一極為原電池的正極，負極上是燃料發(fā)生失電子的氧化反應；
②根據(jù)燃料電池的總反應方程式判斷pH的變化．

解答 解：（1）CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890，.3kJ•mol^-1，得到甲烷細菌使1mol甲烷生成CO₂氣體與液態(tài)水放出的熱量等于890，.3kJ•mol^-1，
故答案為：=；
（2）①甲烷與CO₂可用于合成合成氣（主要成分是一氧化碳和氫氣）：CH₄+CO₂═2CO+2H₂，1g CH₄完全反應可釋放15.46kJ的熱量，計算1mol甲烷完全反應放出的熱量=15.46KJ×16=247.36KJ，反應焓變△H=-247.36KJ/mol，反應為放熱反應，反應物能量高于生成物，反應的熱化學方程式為：CH_4（g）+CO_2（g）═2CO（g）+2H_2（g），△H=-247.36KJ/mol，符合能量變化的圖象只有D符合，
故答案為：D；  
 ②反應的熱化學方程式為：CH_4（g）+CO_2（g）═2CO（g）+2H_2（g），△H=-247.36KJ/mol，圖象可知反應達到平衡狀態(tài)放出熱量155.80KJ，則反應的甲烷物質的量=$\frac{155.80KJ}{247.36KJ/mol}$=0.63mol，甲烷轉化率為63%，
故答案為：63%；
（3）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）；△H₁=-890.3kJ/mol；
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
③C（s）+O₂（g）=CO₂（g）；△H₂=-393.5kJ/mol
蓋斯定律計算，②+③-①得到，反應C（石墨，s）+2H₂（g）=CH₄（g）△H=-74.8 kJ•mol^-1，
故答案為：-74.8 kJ•mol^-1；
（4）：①堿性甲烷燃料電池中通入甲烷的一極a為原電池的負極，該極上是燃料發(fā)生失電子的氧化反應，通入氧氣的一極為原電池的正極，發(fā)生得電子的還原反應，即O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案為：a；O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
②在堿性溶液中，甲烷燃料電池的總反應式為CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O，電池工作一段時間后，由于氫氧根離子被消耗，所以電解質溶液的pH會減小，
故答案為：減小．

點評 本題考查了熱化學方程式書寫、蓋斯定律計算、反應熱與能源及燃料電池工作原理，為高頻考點，把握物質的性質、反應中的能量變化及從氧化還原的角度判斷原電池的正負極以及電極方程式的書寫為解答的關鍵，側重分析與應用能力的考查，注意化學研究方案的可行性分析，題目難度中等．