Question

【題目】CH4是一種清潔、高效、具有優(yōu)良的環(huán)保性能的燃料，其燃燒熱為890.3KJ·mol-1。它可以作為燃料電池的燃料。

(1)寫出甲烷燃燒的熱化學(xué)方程式：________；

(2)已知H2（g）和C（S）的燃燒熱分別是285.8kJ·mol-1、393.5kJ·mol-1；則反應(yīng)C（S）+ 2H2（g）＝CH4（g）的反應(yīng)熱⊿H=______________；

(3)以甲烷、空氣、氫氧化鉀溶液為原料，惰性電極為電極可以構(gòu)成燃料電池。該電池的負(fù)極反應(yīng)式為：___________________；

(4)用(3)中的燃料電池為電源，以石墨為電極電解500mL滴有酚酞的NaCl溶液，裝置如圖所示：

①請(qǐng)寫出電解過程中陰極附近觀察到的現(xiàn)象：___________________。

②到燃料電池消耗2.8LO2（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）時(shí)，計(jì)算此時(shí)NaCl溶液的pH=____（假設(shè)溶液的體積不變，氣體全部從溶液中逸出）。

在Y極通過的電子的物質(zhì)的量為：______________。

③電解之后，要使溶液恢復(fù)原狀，應(yīng)該向溶液中加入物質(zhì)_____（填名稱），溶液中Cl―流向___極（填“X”或“Y”）。

Answer 1

【答案】CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-890.3kJ/mol（其他合理答案亦可） -74.8kJ/mol CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O 有無色氣泡產(chǎn)生，同時(shí)陰極附近溶液由無色變紅色 14 0.5mol 氯化氫氣體 X

【解析】

（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式的書寫方法，結(jié)合燃燒熱的概念是1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物時(shí)放出的熱量寫出，注意標(biāo)注物質(zhì)的聚集狀態(tài)和燃燒熱；

（2）根據(jù)燃燒熱寫出熱化學(xué)方程式，再利用蓋斯定律來計(jì)算；

（3）先判斷氧化劑、還原劑，然后根據(jù)原電池原理判斷正負(fù)極上反應(yīng)的物質(zhì)，結(jié)合電解質(zhì)溶液寫出電極反應(yīng)式；

（4）依據(jù)電源判斷X為電解池的陽極，Y為電解池的陰極；

①陰極是溶液中的氫離子得到電子生成氫氣，溶液中水的電離被破壞，生成了氫氧根離子顯堿性，遇酚酞變紅；

②根據(jù)甲烷燃料電池的電極反應(yīng)和電解氯化鈉的電極反應(yīng)，依據(jù)電子守恒計(jì)算得到；電極上的電子轉(zhuǎn)移守恒；

③依據(jù)電解氯化鈉溶液生成了氫氣、氯氣和氫氧化鈉，恢復(fù)原溶液濃度需要加入氫氣和氯氣組成的氯化氫；電解過程中陰離子移向陽極。

（1）CH4是一種清潔、高效、具有優(yōu)良的環(huán)保性能的燃料，其燃燒熱為890.3kJmol-1，熱化學(xué)方程式為：CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-890.3kJ/mol，

故答案為：CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-890.3kJ/mol（其他合理答案亦可）。

（2）25℃、101kPa下，H2（g）、C（s）的燃燒熱分別是285.8kJmol-1、393.5kJmol-1；則①H2（g）+O2（g）=H2O（l）△H=-285.8kJmol-1；②C（s）+O2（g）=CO2（g）△H=-393.5kJmol-1；③CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-890.3kJ/mol；依據(jù)蓋斯定律，①×2+②-③得到：C（S）+2H2（g）=CH4（g）△H=-74.8kJ/mol；

故答案為：-74.8kJ/mol。

（3）負(fù)極上的電極反應(yīng)式等于電池的總反應(yīng)式-正極發(fā)生的電極方程式；以甲烷、空氣、氫氧化鉀溶液為原料，惰性電極可構(gòu)成燃料電池，正極反應(yīng)為：3O2+12H2O+12e-=12OH-，總反應(yīng)式為：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O，兩式相減，負(fù)極反應(yīng)為：CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O，

故答案為：CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O。

（4）燃料電池為電源，以石墨為電極電解500mL滴有酚酞的NaCl溶液，X為電解池的陽極，Y為電解池的陰極；

①陰極是溶液中的氫離子得到電子生成氫氣，溶液中水的電離被破壞，生成了氫氧根離子顯堿性，遇酚酞變紅；電解過程中陰極附近觀察到的現(xiàn)象是：有無色氣泡產(chǎn)生，同時(shí)陰極附近溶液由無色變紅色；

故答案為：有無色氣泡產(chǎn)生，同時(shí)陰極附近溶液由無色變紅色。

②甲烷燃料電池的正極消耗氧氣，燃料電池消耗2.8LO2物質(zhì)的量=2.8L÷22.4L/mol=0.125mol；正極反應(yīng)為：3O2+12H2O+12e-=12OH-，計(jì)算得到電子轉(zhuǎn)移為0.5mol；電解氯化鈉溶液陰極電極反應(yīng)為：2H++2e-=H2↑，根據(jù)水電離出的氫氧根離子和氫離子守恒，溶液中減少的氫離子和增加的氫氧根離子相同，計(jì)算得到生成氫氧根離子物質(zhì)的量為0.5mol，c（OH-）=0.5mol/0.5L=1mol/L；所以溶液pH=14；電極上的電子守恒得到在Y極通過的電子的物質(zhì)的量為0.5mol；

故答案為：14；0.5mol。

③電解氯化鈉溶液生成了氫氣、氯氣和氫氧化鈉，恢復(fù)原溶液濃度需要加入氫氣和氯氣組成的氯化氫氣體；電解過程中陰離子移向陽極；故答案為：氯化氫氣體；X。