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(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(biāo)準(zhǔn)狀況下）時，計算此時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】分析：（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(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；
（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(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^-=CO₃^2-+3H₂O，兩式相減，負(fù)極反應(yīng)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(yīng)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(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(fù)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(diǎn)評：本題考查學(xué)生蓋斯定律計算反應(yīng)熱的知識，燃燒熱的概念應(yīng)用，原電池的電極反應(yīng)書寫，電解池的計算應(yīng)用，關(guān)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(yīng)式的步驟，一般分為三步：
第一步，先寫出燃料電池的總反應(yīng)方程式；
第二步，再寫出燃料電池的正極反應(yīng)式；
第三步，在電子守恒的基礎(chǔ)上用燃料電池的總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式即得到負(fù)極反應(yīng)式；可以根據(jù)所學(xué)知識進(jìn)行回答．