Question

13．2016年4月26日，欧洲航天局发布消息称，科学家在围绕土星公转的最大卫星--“土卫六”上发现了纯度极高的液态甲烷海．科学家发现，其表面有液态碳氢化合物组成的海洋．其中一个海洋之中甚至全是甲烷液态，海底覆盖着高氧物质，海边可能还有湿地．回答下列有关甲烷的问题：
（1）以下各图均能表示甲烷的分子结构，D更能反映其真实的存在情况．（填选项字母）

（2）日常生活中常用天然气作燃料，已知甲烷的燃烧热为890.3kJ/mol．请写出甲烷燃烧热的热化学方程式CH₄（g）+2O₂（g）→CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3KJ/mol．
（3）有人利用甲烷和氧气的反应涉及成燃料电池，用氢氧化钠做电解质溶液，此时，负极的电极反应式为CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，燃料电池的总反应方程式为CH₄+2O₂+2NaOH=Na₂CO₃+3H₂O．
（4）在某条件下，甲烷与氯气发生反应生成氯仿（三氯甲烷），写出该化学反应方程式CH₄+3Cl₂$\stackrel{光照}{→}$CHCl₃+3HCl，该反应的类型为取代反应．
（5）研究CO₂和CH₄反应，使之转化为CO和H₂，对减缓燃料危机、减小温室效应具有重要的意义．
已知：2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1
CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890kJ•mol^-1
则：CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=+160kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）根据比例模型表示的是原子的相对大小及连接形式可知，甲烷的比例模型更能够反映其真实存在状况；
（2）依据燃烧热是1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量，标注物质聚集状态得到热化学方程式；
（3）NaOH溶液做电解质，甲烷在负极失电子发生氧化反应在碱溶液中生成碳酸盐；
（4）甲烷与氯气发生取代反应生成氯仿和氯化氢；
（5）根据盖斯定律，由于已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减构造目标热化学方程式，反应热也乘以相应的系数，进行相应的计算．

解答 解：（1）A．表示甲烷分子结构示意图，能体现甲烷的正四面体结构，但不能体现原子的相对大小，不能够反映其真实存在状况，故A不选；
B．为甲烷电子式，表现原子的成键情况，不能体现甲烷的真实的存在状况，故B不选；
C．表示甲烷的球棍模型，能体现甲烷的正四面体结构，能体现原子的相对大小，但不能体现分子的真实结构，故C不选；
D．甲烷的比例模型，体现原子的相对大小及连接形式，体现甲烷的正四面体结构，更接近分子的真实结构，故D选；
故答案为：D；
（2）CH₄的燃烧热为890.3kJ/mol，依据燃烧热是1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量，反应的热化学方程式为：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；
（3）NaOH溶液做电解质，氧气在正极得到电子生成氢氧根离子，则正极为2O₂+4H₂O+8e^-=8OH^-，甲烷失电子在碱溶液中反应，甲烷在负极失电子发生氧化反应在碱溶液中生成碳酸盐，此时不会有CO₂放出；负极为CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，电池的电池反应式为：CH₄+2O₂+2NaOH=Na₂CO₃+3H₂O，
故答案为：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；CH₄+2O₂+2NaOH=Na₂CO₃+3H₂O；
（4）甲烷与氯气发生取代反应生成氯仿和氯化氢，方程式为CH₄+3Cl₂$\stackrel{光照}{→}$CHCl₃+3HCl，故答案为：CH₄+3Cl₂$\stackrel{光照}{→}$CHCl₃+3HCl；取代反应；
（5）已知：①2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1
③CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890kJ•mol^-1
由盖斯定律，③-①-②得CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g），故△H=-890kJ•mol^-1-（-566kJ•mol^-1）-（-484kJ•mol^-1）=+160kJ•mol^-1，
故答案为：+160kJ•mol^-1．

点评 本题考查反应热的计算、有机物的结构和性质、原电池原理等，为高频考点，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，题目综合性较大，难度中等，（3）中负极电极反应式的书写为难点，易错点，利用总反应式减去正极反应式可得负极电极反应式．