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(xué)方程式：____________________________________________；

（2）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____

（3）用（2）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(qǐng)寫出電解過程中陰極附近觀察到的現(xiàn)象：____________________。

②當(dāng)燃料電池消耗2.8L O2（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）時(shí)，計(jì)算此時(shí)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】CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-890.3kJ·mol－1 CH4-8e－+10OH－=CO32－+7H2O 陰極附近變紅 14 0.5mol 鹽酸 陽(yáng)

【解析】

（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(shí)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）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；

（3）依據(jù)電源判斷X為電解池的陽(yáng)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(jì)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(yáng)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890.3kJ·mol－1，熱化學(xué)方程式為：CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-890.3kJ·mol－1，故答案為：CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-890.3kJ·mol－1；

（2）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－=CO32－+3H2O，兩式相減，負(fù)極反應(yīng)為：CH4-8e－+10OH－=CO32－+7H2O，故答案為：CH4-8e－+10OH－=CO32－+7H2O；

（3）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(yáng)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=2.8L÷22.4L·mol－1=0.125mol；正極反應(yīng)為：3O2+12H2O+12e－=12OH－，計(jì)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(jì)算得到生成氫氧根離子物質(zhì)的量為0.5mol，c（OH－）= =1mol·L－1；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(yáng)極，故答案為：鹽酸；陽(yáng)。