Question

天然氣（主要成分甲烷）是一種清潔、高效的能源，現(xiàn)在許多城市家庭用于廚房使用的燃料已經(jīng)由煤氣（主要成分是H₂和CO按體積比1：1混合的氣體混合物）換成了天然氣；此外天然氣也是很好的燃料電池的燃料，甲烷在燃料電池中的能量轉(zhuǎn)換率可達(dá)到85%-90%．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）已知H₂、CO和CH₄的燃燒熱分別是286kJ/mol、283kJ/mol和890kJ/mol，則反應(yīng)2CH₄（g）+3O₂（g）=CO（g）+H₂（g）+CO₂（g）+3H₂O（l）的反應(yīng)熱△H=

 

．
（2）以甲烷、空氣為反應(yīng)物，KOH溶液作電解質(zhì)溶液構(gòu)成燃料電池，則負(fù)極反應(yīng)式為：

 

．隨著反應(yīng)的不斷進(jìn)行溶液的堿性

 

（填“增大”“減小”或“不變”）．
（3）如果以該燃料電池為電源、石墨作兩極電解飽和食鹽水，則該電解過(guò)程中陽(yáng)極反應(yīng)式為：

 

；如果電解一段時(shí)間后NaCl溶液的體積為1L，溶液的C（OH^-）=10^-2mol/L，則理論上消耗甲烷在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為

 

mL．

Answer 1

考點(diǎn)：原電池和電解池的工作原理,反應(yīng)熱和焓變

專題：

分析：（1）燃燒熱是指1mol純凈物完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物放出的熱量，根據(jù)燃燒熱的定義寫(xiě)出熱化學(xué)方程式，再利用蓋斯定律來(lái)計(jì)算；
（2）原電池中負(fù)極上燃料失電子，堿性條件下，CH₃OH反應(yīng)生成碳酸根離子；根據(jù)電極反應(yīng)判斷氫氧根離子濃度的變化；
（3）陽(yáng)極上氯離子放電生成氯氣，根據(jù)陰陽(yáng)兩極的反應(yīng)結(jié)合電子轉(zhuǎn)移來(lái)計(jì)算．

解答： 解：（1）CH₄（g）、H₂（g）、CO（g）的燃燒熱分別為890.3kJ?mol^-1、285.8kJ?mol^-1和393.5kJ?mol^-1，寫(xiě)出表示這三種物質(zhì)燃燒熱的熱化學(xué)方程式：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890.3 kJ?mol^-1；
H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（l）△H=-286kJ?mol^-1；
CO（s）+

1

2

O₂（g）═CO₂（g）△H=-283 kJ?mol^-1；
根據(jù)蓋斯定律，則反應(yīng)2CH₄（g）+3O₂（g）=CO（g）+H₂（g）+CO₂（g）+3H₂O（l）等于①×2-③-②，即反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=-1211kJ/mol，
故答案為：-1211kJ/mol；
（2）原電池放電時(shí)，甲烷失電子被氧化，應(yīng)為電池負(fù)極反應(yīng)，其電極反應(yīng)式為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；電池在放電過(guò)程中消耗氫氧根離子，所以溶液的pH減��；
故答案為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；減��；
（3）陰極上氫離子放電生成氫氣，陽(yáng)極上氯離子放電生成氯氣，電極反應(yīng)式為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，電解一段時(shí)間，溶液的C（OH^-）=10^-2mol/L，則n（OH^-）=0.01mol/L×1L=0.01mol，根據(jù)反應(yīng)2NaCl+2H₂O=H₂↑+Cl₂↑+2NaOH可知，n（Cl₂）=0.01mol×

1

2

=0.005mol，電子轉(zhuǎn)移0.01mol，根據(jù)CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，故原電池消耗甲烷的物質(zhì)的量是0.00125mol，體積為0.00125mol×22.4L/mol=0.028L=28mL，
故答案為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；28．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了燃料電池、電解原理的應(yīng)用，側(cè)重于考查學(xué)生書(shū)對(duì)電極方程式的書(shū)寫(xiě)的掌握情況，題目難度中等，注意電解質(zhì)溶液的酸堿性對(duì)電極方程式的影響．