Question

新型高效的甲烷燃料電池采用鉑為電極材料，兩電極上分別通入CH₄和O₂，電解質為KOH溶液。某研究小組將甲烷燃料電池作為電源進行氯化鎂溶液龜解實驗，電解裝置如圖所示。

請回答下列問題：
（1）甲烷燃料電池負極的電極反應式為：                                  。
（2）閉合開關K后，a、b電極上均有氣體產生，其中a電極上的氣體可用          檢驗，b電極上得到的氣體是         ，電解氯化鎂溶液的離子方程式為            。
（3）若甲烷通入量為1.12 L（標準狀況），且反應完全，則理論上通過電解池的電子的物質的量為           ，產生的氯氣體積為           L（標準狀況）。
（4）已知常溫常壓下，0.25molCH₄完全燃燒生成CO₂和H₂O時，放出222.5kJ熱量，請寫出CH₄燃燒熱的熱化學方程式                                          。
已知；①C（石墨）+O₂（g）=CO₂（g）△H₁=-393．5kJ/mol
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H₂=-571．6kJ/mol
計算：C（石墨）與H₂（g）反應生成1molCH₄（g）的△H=             。

Answer 1

（1）CH₄+ 10OH^――8e^- = CO₃^2－+7H₂O
（2）濕潤的淀粉碘化鉀試紙  氫氣   Mg²⁺+2Cl^－+2H₂O = Mg(OH)₂+ H₂↑+Cl₂↑
（3）0.4mol   4.48L
（4）CH₄(g)+2O₂(g)=CO₂(g)+ 2H₂O(l) △H= -890kJ/mol  -75.1kJ/mol

試題分析：該裝置中左邊是原電池，右邊是電解池，a為陽極，b為陰極。(1)甲烷在堿性條件下失去電子，電極反應式為CH₄+ 10OH^――8e^- = CO₃^2－+7H₂O；（2）a極產生氯氣，用濕潤的淀粉碘化鉀試紙檢驗；b極H⁺放電，產生氫氣，電解方程式為Mg²⁺+2Cl^－+2H₂O = Mg(OH)₂+ H₂↑+Cl₂↑；
（3）n(e^-)=1.12÷22.4×8=0.4mol   v(Cl₂)=0.4÷2×22.4=4.48L
（4）0.25molCH₄完全燃燒生成CO₂和H₂O時，放出222.5kJ熱量，
1molCH₄完全燃燒放出熱量為222.5×4=890kJ，燃燒熱熱化學方程式為
CH₄(g)+2O₂(g)=CO₂(g)+ 2H₂O(l) △H= -890kJ/mol
△H=△H₁+△H₂－甲烷燃燒熱=-75.1kJ/mol