Question

【题目】CH4是一种清洁、高效、具有优良的环保性能的燃料，其燃烧热为890.3KJ·mol-1。它可以作为燃料电池的燃料。

(1)写出甲烷燃烧的热化学方程式：________；

(2)已知H2（g）和C（S）的燃烧热分别是285.8kJ·mol-1、393.5kJ·mol-1；则反应C（S）+ 2H2（g）＝CH4（g）的反应热⊿H=______________；

(3)以甲烷、空气、氢氧化钾溶液为原料，惰性电极为电极可以构成燃料电池。该电池的负极反应式为：___________________；

(4)用(3)中的燃料电池为电源，以石墨为电极电解500mL滴有酚酞的NaCl溶液，装置如图所示：

①请写出电解过程中阴极附近观察到的现象：___________________。

②到燃料电池消耗2.8LO2（标准状况下）时，计算此时NaCl溶液的pH=____（假设溶液的体积不变，气体全部从溶液中逸出）。

在Y极通过的电子的物质的量为：______________。

③电解之后，要使溶液恢复原状，应该向溶液中加入物质_____（填名称），溶液中Cl―流向___极（填“X”或“Y”）。

Answer 1

【答案】CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-890.3kJ/mol（其他合理答案亦可） -74.8kJ/mol CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O 有无色气泡产生，同时阴极附近溶液由无色变红色 14 0.5mol 氯化氢气体 X

【解析】

（1）依据热化学方程式的书写方法，结合燃烧热的概念是1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物时放出的热量写出，注意标注物质的聚集状态和燃烧热；

（2）根据燃烧热写出热化学方程式，再利用盖斯定律来计算；

（3）先判断氧化剂、还原剂，然后根据原电池原理判断正负极上反应的物质，结合电解质溶液写出电极反应式；

（4）依据电源判断X为电解池的阳极，Y为电解池的阴极；

①阴极是溶液中的氢离子得到电子生成氢气，溶液中水的电离被破坏，生成了氢氧根离子显碱性，遇酚酞变红；

②根据甲烷燃料电池的电极反应和电解氯化钠的电极反应，依据电子守恒计算得到；电极上的电子转移守恒；

③依据电解氯化钠溶液生成了氢气、氯气和氢氧化钠，恢复原溶液浓度需要加入氢气和氯气组成的氯化氢；电解过程中阴离子移向阳极。

（1）CH4是一种清洁、高效、具有优良的环保性能的燃料，其燃烧热为890.3kJmol-1，热化学方程式为：CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-890.3kJ/mol，

故答案为：CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-890.3kJ/mol（其他合理答案亦可）。

（2）25℃、101kPa下，H2（g）、C（s）的燃烧热分别是285.8kJmol-1、393.5kJmol-1；则①H2（g）+O2（g）=H2O（l）△H=-285.8kJmol-1；②C（s）+O2（g）=CO2（g）△H=-393.5kJmol-1；③CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-890.3kJ/mol；依据盖斯定律，①×2+②-③得到：C（S）+2H2（g）=CH4（g）△H=-74.8kJ/mol；

故答案为：-74.8kJ/mol。

（3）负极上的电极反应式等于电池的总反应式-正极发生的电极方程式；以甲烷、空气、氢氧化钾溶液为原料，惰性电极可构成燃料电池，正极反应为：3O2+12H2O+12e-=12OH-，总反应式为：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O，两式相减，负极反应为：CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O，

故答案为：CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O。

（4）燃料电池为电源，以石墨为电极电解500mL滴有酚酞的NaCl溶液，X为电解池的阳极，Y为电解池的阴极；

①阴极是溶液中的氢离子得到电子生成氢气，溶液中水的电离被破坏，生成了氢氧根离子显碱性，遇酚酞变红；电解过程中阴极附近观察到的现象是：有无色气泡产生，同时阴极附近溶液由无色变红色；

故答案为：有无色气泡产生，同时阴极附近溶液由无色变红色。

②甲烷燃料电池的正极消耗氧气，燃料电池消耗2.8LO2物质的量=2.8L÷22.4L/mol=0.125mol；正极反应为：3O2+12H2O+12e-=12OH-，计算得到电子转移为0.5mol；电解氯化钠溶液阴极电极反应为：2H++2e-=H2↑，根据水电离出的氢氧根离子和氢离子守恒，溶液中减少的氢离子和增加的氢氧根离子相同，计算得到生成氢氧根离子物质的量为0.5mol，c（OH-）=0.5mol/0.5L=1mol/L；所以溶液pH=14；电极上的电子守恒得到在Y极通过的电子的物质的量为0.5mol；

故答案为：14；0.5mol。

③电解氯化钠溶液生成了氢气、氯气和氢氧化钠，恢复原溶液浓度需要加入氢气和氯气组成的氯化氢气体；电解过程中阴离子移向阳极；故答案为：氯化氢气体；X。