Question

（1）已知298K時(shí)，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890.3kJ．寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：

 

．
（2）利用該反應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)燃料電池：用氫氧化鉀溶液作電解質(zhì)溶液，用多孔石墨作電極，在電極上分別充入CH₄和氧氣．寫出負(fù)極的電極反應(yīng)式：

 

．
（3）在如圖實(shí)驗(yàn)裝置中，分別寫出石墨棒上的電極反應(yīng)式為

 

；鐵棒上的電極反應(yīng)式為

 

．
（4）如果起始時(shí)燒杯中盛有1000mL，某濃度的硫酸銅溶液，通電一段時(shí)間后溶液中的Cu²⁺恰好消耗掉，（假設(shè)沒有其它離子干擾），此時(shí)收集到氣體3.36L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）則原硫酸銅溶液的濃度是

 

mol/L，電路中通過的電子的物質(zhì)的量是

 

mol；若要使溶液恢復(fù)到起始濃度（忽略溶液體積的變化），可向溶液中加入

 

（填物質(zhì)名稱），其質(zhì)量約為

 

g．

Answer 1

考點(diǎn)：原電池和電解池的工作原理

專題：電化學(xué)專題

分析：（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式書寫方法解答，標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)和反應(yīng)焓變；
（2）反應(yīng)中甲烷發(fā)生氧化反應(yīng)，而原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，應(yīng)在負(fù)極通入甲烷，甲烷在負(fù)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(yáng)極，溶液中水在陽(yáng)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；
（4）根據(jù)電荷守恒計(jì)算銅離子的物質(zhì)的量，代入c=

n

V

計(jì)算濃度，電路中通過的電子的物質(zhì)的量=4n（O₂）=2n（Cu²⁺），根據(jù)脫離溶液的物質(zhì)確定復(fù)原溶液加入的物質(zhì)．

解答： 解：（1）在298K時(shí)，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(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.0kJ/mol，故答案為：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（1）△H=-890.3 kJ?mol^-1；
（2）甲烷失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，所以通入甲烷氣體的電極應(yīng)為負(fù)極，甲烷在負(fù)極失去電子，堿性條件下生成碳酸根與水，電極反應(yīng)式為：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O，故答案為CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O；
（3）電解池中電子流出的電極為陽(yáng)極，石墨為陽(yáng)極，溶液中水在陽(yáng)極失去電子生成氧氣與氫離子，電極反應(yīng)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，陰極反應(yīng)式為：Cu²⁺+2e^-=Cu，
故答案為：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑；Cu²⁺+2e^-=Cu；
（4）標(biāo)準(zhǔn)狀況下3.36L氧氣的物質(zhì)的量為

3.36L

22.4L/mol

=0.15mol，根據(jù)電極反應(yīng)式可得關(guān)系：2Cu²⁺～4e^-～O₂↑，因此銅離子的物質(zhì)的量為0.15mol×2=0.3mol，c=

0.3mol

1L

=0.3mol/L，電路中通過的電子為4n（O₂）=0.15mol×4=0.6mol；發(fā)生電極反應(yīng)后析出0.15mol氧氣，0.3molCu，要復(fù)原原溶液，需要加入0.3molCuO，0.3molCuO的質(zhì)量為0.3mol×80g/mol=24g，
故答案為：0.3；0.6；氧化銅；24．

點(diǎn)評(píng)：本題考查熱化學(xué)方程式書寫、原電池與電解池的工作原理，明確電極反應(yīng)及利用電子守恒、元素守恒等計(jì)算是解答本題的關(guān)鍵，難度中等．