Question

天然氣（主要成分甲烷）是一種清潔、高效的能源，現在許多城市家庭用于廚房使用的燃料已經由煤氣（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換率可達到85%-90%．請回答下列問題：
（1）已知H₂、CO和CH₄的燃燒熱分別是286kJ/mol、283kJ/mol和890kJ/mol，則反應2CH₄（g）+3O₂（g）=CO（g）+H₂（g）+CO₂（g）+3H₂O（l）的反應熱△H=

 

．
（2）以甲烷、空氣為反應物，KOH溶液作電解質溶液構成燃料電池，則負極反應式為：

 

．隨著反應的不斷進行溶液的堿性

 

（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，則該電解過程中陽極反應式為：

 

；如果電解一段時間后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準狀況下的體積為

 

mL．

Answer 1

考點：原電池和電解池的工作原理,反應熱和焓變

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，根據燃燒熱的定義寫出熱化學方程式，再利用蓋斯定律來計算；
（2）原電池中負極上燃料失電子，堿性條件下，CH₃OH反應生成碳酸根離子；根據電極反應判斷氫氧根離子濃度的變化；
（3）陽極上氯離子放電生成氯氣，根據陰陽兩極的反應結合電子轉移來計算．

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，寫出表示這三種物質燃燒熱的熱化學方程式：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；
根據蓋斯定律，則反應2CH₄（g）+3O₂（g）=CO（g）+H₂（g）+CO₂（g）+3H₂O（l）等于①×2-③-②，即反應的反應熱△H=-1211kJ/mol，
故答案為：-1211kJ/mol；
（2）原電池放電時，甲烷失電子被氧化，應為電池負極反應，其電極反應式為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；電池在放電過程中消耗氫氧根離子，所以溶液的pH減小；
故答案為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；減��；
（3）陰極上氫離子放電生成氫氣，陽極上氯離子放電生成氯氣，電極反應式為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，電解一段時間，溶液的C（OH^-）=10^-2mol/L，則n（OH^-）=0.01mol/L×1L=0.01mol，根據反應2NaCl+2H₂O=H₂↑+Cl₂↑+2NaOH可知，n（Cl₂）=0.01mol×

1

2

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

點評：本題考查了燃料電池、電解原理的應用，側重于考查學生書對電極方程式的書寫的掌握情況，題目難度中等，注意電解質溶液的酸堿性對電極方程式的影響．