Question

【题目】天然气既是高效洁净的能源，也是重要的化工原料。

(1)甲烷分子的结构式为_________，空间构型为_______________形。

(2)已知25℃、101kPa 时，1 g甲烷完全燃烧生成液态水放出55.64 kJ热量，则该条件下反应CH4(g)+2O2(g)＝CO2(g)+2H2O(l)的△H＝____________kJ·mol-1。

(3)甲烷高温分解生成氢气和炭黑。在密闭容器中进行此反应时要通入适量空气使部分甲烷燃烧，其目的是__________________________________________。

(4)燃料电池的工作原理是将燃料和氧化剂(如O2)反应所产生的能量直接转化为电能。用甲烷-空气碱性(KOH溶液)燃料电池作电源，电解CuCl2溶液。已知甲烷空气碱性燃料电池的总反应为：CH4+2O2+2KOH＝K2CO3+3H2O，装置如下图所示：

①a电极名称为____________。

②c电极的电极反应式为_________________________________。

③假设CuCl2溶液足量，当某电极上析出3.2 g 金属Cu时，理论上燃料电池消耗的甲烷在标准状况下的体积是__________L。

Answer 1

【答案】 正四面体 －890.24 提供甲烷分解所需的能量 负极 2Cl-－2e-＝Cl2↑ 0.28

【解析】

（1）甲烷的分子式为CH4，结构式为，因此甲烷为四面体结构；

（2）1g甲烷完全燃烧生成液态水放出55.64 kJ热量，则1 mol甲烷即16 g甲烷燃烧放出的能量为16×55.64 kJ＝890.24 kJ，因此该条件下反应CH4(g)+2O2(g)＝CO2(g)+2H2O(l)的△H＝－890.24 kJ·mol-1；

（3）甲烷分解需要热量，燃烧可提供部分能量，因此反应时要通入适量空气使部分甲烷燃烧的目的是提供甲烷分解所需的能量；

（4）①a极通入的是燃料甲烷，甲烷失去电子，所以a电极是负极；

②c电极与b电极即与电源的正极相连，作阳极，溶液中的氯离子放电，电极反应式为2Cl-－2e-＝Cl2↑；

③假设CuCl2溶液足量，当某电极上析出3.2g金属Cu时，铜的物质的量是3.2g÷64g/mol＝0.05mol，因此整个电路转移电子的物质的量为0.05mol×2＝0.1mol，1mol甲烷在反应中失去8mol电子，则消耗甲烷的物质的量为0.1mol÷8＝0.0125mol，在标准状况下的体积是0.0125mol×22.4L/mol=0.28L。