Question

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C（s）+2H₂（g）=CH₄（g）的反應熱△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成燃料電池．該電池的負極反應式為：______；
（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2.8L O₂（標準狀況下）時，計算此時NaCl溶液的pH=______（假設溶液的體積不變，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，要使溶液恢復原狀，應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】分析：（1）依據(jù)熱化學方程式的書寫方法，結(jié)合燃燒熱的概念是1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物時放出的熱量寫出，注意標注物質(zhì)的聚集狀態(tài)和燃燒熱；
（2）根據(jù)燃燒熱寫出熱化學方程式，再利用蓋斯定律來計算；
（3）先判斷氧化劑、還原劑，然后根據(jù)原電池原理判斷正負極上反應的物質(zhì)，結(jié)合電解質(zhì)溶液寫出電極反應式；
（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和電解氯化鈉的電極反應，依據(jù)電子守恒計算得到；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，恢復原溶液濃度需要加入氫氣和氯氣組成的含氯化氫的鹽酸溶液；電解過程中陰離子移向陽極．
解答：解：（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890.3KJ?mol^-1，熱化學方程式為：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；
（2）25℃、101kPa下，H₂（g）、C（s）的燃燒熱分別是285.8kJ?mol^-1、393.5kJ?mol^-1；
則①H₂（g）+O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ?mol^-1；
②C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ?mol^-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）負極上的電極反應式等于電池的總反應式-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，惰性電極可構成燃料電池，正極反應為：3O₂+12H₂O+12e^-=12OH^-，總反應式為：CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O，兩式相減，負極反應為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+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，陰極附近變紅；
故答案為：陰極附近變紅；
②甲烷燃料電池的正極消耗氧氣，燃料電池消耗2.8L O₂物質(zhì)的量==0.125mol；正極反應為：3O₂+12H₂O+12e^-=12OH^-，計算得到電子轉(zhuǎn)移為0.5mol；電解氯化鈉溶液陰極電極反應為：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，計算得到生成氫氧根離子物質(zhì)的量為0.5mol，C（OH^-）==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，恢復原溶液濃度需要加入氫氣和氯氣組成的含氯化氫的鹽酸溶液；電解過程中陰離子移向陽極；故答案為：鹽酸；陽．
點評：本題考查學生蓋斯定律計算反應熱的知識，燃燒熱的概念應用，原電池的電極反應書寫，電解池的計算應用，關鍵是電解過程中電子守恒是計算的依據(jù)．
注意掌握原電池中，書寫燃料電池電極反應式的步驟，一般分為三步：
第一步，先寫出燃料電池的總反應方程式；
第二步，再寫出燃料電池的正極反應式；
第三步，在電子守恒的基礎上用燃料電池的總反應式減去正極反應式即得到負極反應式；可以根據(jù)所學知識進行回答．