【題目】能源是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ),我國目前使用的能源主要是化石燃料。

(1)在25℃、101kPa時,16gCH4完全燃燒生成液態(tài)水時放出的熱量是890.3kJ,則CH4燃燒的熱化學(xué)方程式為_____________________

(2)已知:C(s)+O2(g)=CO2(g);H=﹣437.3 kJ·mol﹣1

H2(g)+O2(g)═H2O(g);H=﹣285.8 kJ·mol﹣1

CO(g)+O2(g)═CO2(g);H=﹣283.0 kJ·mol﹣1

則煤氣化反應(yīng)C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) 的焓變H=_______kJ·mol﹣1。

(3)如圖所示組成閉合回路,其中甲裝置中CH4為負(fù)極,O2為正極,稀土金屬材料為電極,以KOH溶液為電解質(zhì);乙裝置中a、b為石墨,b極上有紅色物質(zhì)析出,CuSO4溶液的體積為400mL。

①裝置中氣體A為_____(填“CH4”或“O2和CO2”),d極上的電極反應(yīng)式為________。

②乙裝置中a極上的電極反應(yīng)式為_____________。若在a極產(chǎn)生224mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體,則甲裝置中消耗CH4____mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況),乙裝置中所得溶液的pH=___。(忽略電解前后溶液體秋變化)

③如果乙中電極不變,將溶液換成飽和Na2SO4溶液,當(dāng)陰極上有a mol氣體生成時,同時有w g Na2SO4·10H2O晶體析出,若溫度不變,剩余溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)為_____(用含w、a的表達(dá)式表示,不必化簡)。

【答案】 (1)CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l) H=﹣890.3kJ·mol﹣1 (2)+131.5 (3)CH4 (4)O2+4e+2CO2=2CO32﹣ (5)4OH﹣4e=O2↑+2H2O (6)112 (7)1 (8)×100%(2分)

【解析】(1)16g即1molCH4在氧氣中燃燒生成CO2和液態(tài)水,放出889kJ熱量,則熱化學(xué)方程式為:CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.31kJ/mol,故答案為:CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.31kJ/mol;

(2)①C(s)+O2(g)═CO2(g)△H1=-437.3kJmol-1,②H2(g)+ O2(g)═H2O(g)△H3=-285.8kJmol-1,③CO(g)+ O2(g)═CO2(g)△H=-283.0kJmol-1,依據(jù)蓋斯定律①-②-③,得到:C(s)+H2O(g)═CO(g)+H2(g) n△H=+131.5kJmol-1,故答案為:+131.5;

(3)①b電極上有紅色物質(zhì)生成,則b是陰極,所以a是陽極,c是負(fù)極、d是正極,通入甲烷的電極是負(fù)極,所以A是CH4、B是二氧化碳和氧氣,d電極上氧氣得電子和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸根離子,電極反應(yīng)式為O2+4e-+2CO2=2CO32-,故答案為:CH4;O2+4e-+2CO2=2CO32-

②a是陽極,陽極上氫氧根離子放電生成氧氣,電極反應(yīng)式為4OH--4e-=O2↑+2H2O;a極上生成n(O2)= =0.01mol,生成0.01mol氧氣轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量=0.01mol×4=0.04mol,根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等計算消耗甲烷體積=×22.4L/mol=112mL;電池反應(yīng)式為2Cu2++2H2O=4kH++O2↑+2Cu,根據(jù)方程式知,n(kH+)=4n(O2)=4×0.01mol=0.04mol,c(H+)==0.1mol/L,則溶液的pH=1,故答案為:4OH--4e-=O2↑+2H2O;112;1;

③電解飽和硫酸鈉溶液時,陽極上析出氧氣、陰極上析出氫氣,所以相當(dāng)于電解水,且生成氫氣和氧氣的物質(zhì)的量之比是2:1,所以當(dāng)陰極上有a mol氣體生成時,陽極上生成氧氣物質(zhì)的量為0.5amol,電解水的質(zhì)量=amol×2g/mol+0.5amol×32g/mol=18ag,剩余溶液仍然是飽和溶液,生成m(Na2SO4)=wg×,溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)=×100%=×100%,故答案為: ×100%。

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C. 通入O2的電極發(fā)生反應(yīng):O2 + 4e- + 2H2O = 4OH

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C. 第一次剩余的4.8g金屬為銅和鐵

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