Question

【題目】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象：___________________。

②到燃料電池消耗2.8LO2（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_____（填名稱），溶液中Cl―流向___極（填“X”或“Y”）。

Answer 1

【答案】CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-890.3kJ/mol（其他合理答案亦可） -74.8kJ/mol CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O 有無色氣泡產生，同時陰極附近溶液由無色變紅色 14 0.5mol 氯化氫氣體 X

【解析】

（1）依據熱化學方程式的書寫方法，結合燃燒熱的概念是1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物時放出的熱量寫出，注意標注物質的聚集狀態(tài)和燃燒熱；

（2）根據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，然后根據原電池原理判斷正負極上反應的物質，結合電解質溶液寫出電極反應式；

（4）依據電源判斷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根據甲烷燃料電池的電極反應和電解氯化鈉的電極反應，依據電子守恒計算得到；電極上的電子轉移守恒；

③依據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氯化氫；電解過程中陰離子移向陽極。

（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890.3kJmol-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（其他合理答案亦可）。

（2）25℃、101kPa下，H2（g）、C（s）的燃燒熱分別是285.8kJmol-1、393.5kJmol-1；則①H2（g）+O2（g）=H2O（l）△H=-285.8kJmol-1；②C（s）+O2（g）=CO2（g）△H=-393.5kJmol-1；③CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-890.3kJ/mol；依據蓋斯定律，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-=CO32-+3H2O，兩式相減，負極反應為：CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O，

故答案為：CH4-8e-+10OH-=CO32-+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象是：有無色氣泡產生，同時陰極附近溶液由無色變紅色；

故答案為：有無色氣泡產生，同時陰極附近溶液由無色變紅色。

②甲烷燃料電池的正極消耗氧氣，燃料電池消耗2.8LO2物質的量=2.8L÷22.4L/mol=0.125mol；正極反應為：3O2+12H2O+12e-=12OH-，計算得到電子轉移為0.5mol；電解氯化鈉溶液陰極電極反應為：2H++2e-=H2↑，根據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的量為0.5mol，c（OH-）=0.5mol/0.5L=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氯化氫氣體；電解過程中陰離子移向陽極；故答案為：氯化氫氣體；X。