Question

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2.8L O₂（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】分析：（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含氯化氢的盐酸溶液；电解过程中阴离子移向阳极．
解答：解：（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890.3KJ?mol^-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；
（2）25℃、101kPa下，H₂（g）、C（s）的燃烧热分别是285.8kJ?mol^-1、393.5kJ?mol^-1；
则①H₂（g）+O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ?mol^-1；
②C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ?mol^-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^-=CO₃^2-+3H₂O，两式相减，负极反应为：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案为：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+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，阴极附近变红；
故答案为：阴极附近变红；
②甲烷燃料电池的正极消耗氧气，燃料电池消耗2.8L O₂物质的量==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^-）==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含氯化氢的盐酸溶液；电解过程中阴离子移向阳极；故答案为：盐酸；阳．
点评：本题考查学生盖斯定律计算反应热的知识，燃烧热的概念应用，原电池的电极反应书写，电解池的计算应用，关键是电解过程中电子守恒是计算的依据．
注意掌握原电池中，书写燃料电池电极反应式的步骤，一般分为三步：
第一步，先写出燃料电池的总反应方程式；
第二步，再写出燃料电池的正极反应式；
第三步，在电子守恒的基础上用燃料电池的总反应式减去正极反应式即得到负极反应式；可以根据所学知识进行回答．