Question

（1）在298K時，1mol CH₄在氧氣中完全燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水，放出熱量890.0kJ．寫出該反應的熱化學方程式

 

．現(xiàn)有CH₄和CO的混合氣體0.75mol，完全燃燒后，生成CO₂氣體和18克液態(tài)水，并放出515kJ熱量，則CH₄和CO的物質(zhì)的量分別為

 

、

 

mol．
（2）利用該反應設計一個燃料電池：用氫氧化鉀溶液作電解質(zhì)溶液，多孔石墨做電極，在電極上分別通入甲烷和氧氣．通入甲烷氣體的電極應為

 

極（填寫“正”或“負”），該電極上發(fā)生的電極反應是

 

（填字母代號）．
a．CH₄-e^-+2O₂═CO₂+2H₂O
b．CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O
c．O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-
d．O₂-4e^-+4H⁺═2H₂O
（3）在如圖所示實驗裝置中，石墨棒上的電極反應式為

 

；如果起始時盛有1000mL pH=5的硫酸銅溶液（25℃，CuSO₄足量），一段時間后溶液的pH變?yōu)?，此時可觀察到的現(xiàn)象是

 

；若要使溶液恢復到起始濃度（溫度不變，忽略溶液體積的變化），可向溶液中加入

 

（填物質(zhì)的化學式），其質(zhì)量約為

 

．

Answer 1

考點：有關反應熱的計算,化學電源新型電池,電解原理

專題：化學反應中的能量變化,電化學專題

分析：（1）依據(jù)熱化學方程式書寫方法解答，標注物質(zhì)聚集狀態(tài)和反應焓變；根據(jù)H元素守恒計算CH₄的物質(zhì)的量，進而計算CO的物質(zhì)的量；
（2）反應中甲烷發(fā)生氧化反應，而原電池負極發(fā)生氧化反應，應在負極通入甲烷，甲烷在負極失去電子，堿性條件下生成碳酸根與水；
（3）電解池中電子流出的電極為陽極，溶液中水在陽極失去電子生成氧氣與氫離子，銅離子在Fe電極上放電析出，附著在Fe電極上，總反應式為2CuSO₄+2H₂O

通電  .

2Cu+2H₂SO₄+O₂↑，要使溶液恢復原狀態(tài)，需要加入物質(zhì)與硫酸反應能生成硫酸銅、水的物質(zhì)的量之比為1：1，可加入CuO（或CuCO₃），根據(jù)pH變化計算電解生成的硫酸的物質(zhì)的量，進而計算生成Cu的物質(zhì)的量，再根據(jù)Cu原子守恒計算．

解答： 解：（1）在298K時，1mol CH₄在氧氣中完全燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水，放出熱量890.0kJ，則該反應的熱化學方程式為：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.0kJ/mol，
18克液態(tài)水的物質(zhì)的量=

18g

18g/mol

=1mol，根據(jù)H原子守恒可知n（CH₄）=

1mol×2

4

=0.5mol，故n（CO）=0.75mol-0.5mol=0.25mol，
故答案為：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.0kJ/mol；0.5；0.25；
（2）甲烷失電子發(fā)生氧化反應，所以通入甲烷氣體的電極應為負極，甲烷在負極失去電子，堿性條件下生成碳酸根與水，電極反應式為：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O，
故答案為：負；b；
（3）電解池中電子流出的電極為陽極，石墨為陽極，溶液中水在陽極失去電子生成氧氣與氫離子，電極反應式為：4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O或2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，銅離子在Fe電極上放電析出，附著在Fe電極上，故看到的現(xiàn)象為：石墨電極表面有氣泡產(chǎn)生，鐵電極上附著一層紅色物質(zhì)，溶液顏色變淺；
總反應式為2CuSO₄+2H₂O

通電  .

2Cu+2H₂SO₄+O₂↑，要使溶液恢復原狀態(tài)，需要加入物質(zhì)與硫酸反應能生成硫酸銅、水的物質(zhì)的量之比為1：1，可加入CuO（或CuCO₃），一段時間后溶液的pH變?yōu)?，則△c（H⁺）=0.1mol/L-10^-5mol/L=0.1mol/L，n（H⁺）=1L×0.1mol/L=0.1mol，故生成n（H₂SO₄）=0.05mol，則由電解反應可知析出的Cu的物質(zhì)的量為0.05mol，由Cu原子守恒可知，m（CuO）=0.05mol×80g/mol=4g，或m（CuCO₃）=0.05mol×124g/mol=6.2g，
故答案為：4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O或2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺；石墨電極表面有氣泡產(chǎn)生，鐵電極上附著一層紅色物質(zhì)，溶液顏色變淺；CuO（或CuCO₃）；4g（或6.2g）．

點評：本題考查熱化學方程式書寫、原電池與電解池的工作原理，明確電極反應及利用電子守恒、元素守恒等計算是解答本題的關鍵，難度中等．