Question

13．2016年4月26日，歐洲航天局發(fā)布消息稱，科學家在圍繞土星公轉的最大衛(wèi)星--“土衛(wèi)六”上發(fā)現(xiàn)了純度極高的液態(tài)甲烷海．科學家發(fā)現(xiàn)，其表面有液態(tài)碳氫化合物組成的海洋．其中一個海洋之中甚至全是甲烷液態(tài)，海底覆蓋著高氧物質，海邊可能還有濕地．回答下列有關甲烷的問題：
（1）以下各圖均能表示甲烷的分子結構，D更能反映其真實的存在情況．（填選項字母）

（2）日常生活中常用天然氣作燃料，已知甲烷的燃燒熱為890.3kJ/mol．請寫出甲烷燃燒熱的熱化學方程式CH₄（g）+2O₂（g）→CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3KJ/mol．
（3）有人利用甲烷和氧氣的反應涉及成燃料電池，用氫氧化鈉做電解質溶液，此時，負極的電極反應式為CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，燃料電池的總反應方程式為CH₄+2O₂+2NaOH=Na₂CO₃+3H₂O．
（4）在某條件下，甲烷與氯氣發(fā)生反應生成氯仿（三氯甲烷），寫出該化學反應方程式CH₄+3Cl₂$\stackrel{光照}{→}$CHCl₃+3HCl，該反應的類型為取代反應．
（5）研究CO₂和CH₄反應，使之轉化為CO和H₂，對減緩燃料危機、減小溫室效應具有重要的意義．
已知：2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1
CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890kJ•mol^-1
則：CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=+160kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)比例模型表示的是原子的相對大小及連接形式可知，甲烷的比例模型更能夠反映其真實存在狀況；
（2）依據(jù)燃燒熱是1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的熱量，標注物質聚集狀態(tài)得到熱化學方程式；
（3）NaOH溶液做電解質，甲烷在負極失電子發(fā)生氧化反應在堿溶液中生成碳酸鹽；
（4）甲烷與氯氣發(fā)生取代反應生成氯仿和氯化氫；
（5）根據(jù)蓋斯定律，由于已知熱化學方程式乘以適當?shù)南禂?shù)進行加減構造目標熱化學方程式，反應熱也乘以相應的系數(shù)，進行相應的計算．

解答 解：（1）A．表示甲烷分子結構示意圖，能體現(xiàn)甲烷的正四面體結構，但不能體現(xiàn)原子的相對大小，不能夠反映其真實存在狀況，故A不選；
B．為甲烷電子式，表現(xiàn)原子的成鍵情況，不能體現(xiàn)甲烷的真實的存在狀況，故B不選；
C．表示甲烷的球棍模型，能體現(xiàn)甲烷的正四面體結構，能體現(xiàn)原子的相對大小，但不能體現(xiàn)分子的真實結構，故C不選；
D．甲烷的比例模型，體現(xiàn)原子的相對大小及連接形式，體現(xiàn)甲烷的正四面體結構，更接近分子的真實結構，故D選；
故答案為：D；
（2）CH₄的燃燒熱為890.3kJ/mol，依據(jù)燃燒熱是1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的熱量，反應的熱化學方程式為：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；
（3）NaOH溶液做電解質，氧氣在正極得到電子生成氫氧根離子，則正極為2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-，甲烷失電子在堿溶液中反應，甲烷在負極失電子發(fā)生氧化反應在堿溶液中生成碳酸鹽，此時不會有CO₂放出；負極為CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，電池的電池反應式為：CH₄+2O₂+2NaOH=Na₂CO₃+3H₂O，
故答案為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；CH₄+2O₂+2NaOH=Na₂CO₃+3H₂O；
（4）甲烷與氯氣發(fā)生取代反應生成氯仿和氯化氫，方程式為CH₄+3Cl₂$\stackrel{光照}{→}$CHCl₃+3HCl，故答案為：CH₄+3Cl₂$\stackrel{光照}{→}$CHCl₃+3HCl；取代反應；
（5）已知：①2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1
③CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890kJ•mol^-1
由蓋斯定律，③-①-②得CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g），故△H=-890kJ•mol^-1-（-566kJ•mol^-1）-（-484kJ•mol^-1）=+160kJ•mol^-1，
故答案為：+160kJ•mol^-1．

點評 本題考查反應熱的計算、有機物的結構和性質、原電池原理等，為高頻考點，側重于學生的分析能力和計算能力的考查，題目綜合性較大，難度中等，（3）中負極電極反應式的書寫為難點，易錯點，利用總反應式減去正極反應式可得負極電極反應式．