Question

12．天然气和可燃冰（mCH₄•nH₂O）既是高效洁净的能源，也是重要的化工原料．
（1）甲烷分子的空间构型为正四面体，可燃冰（mCH₄•nH₂O）属于分子晶体．
（2）已知25℃、101kPa 时，1g甲烷完全燃烧生成液态水放出55.64kJ热量，则该条件下反应CH₄（g）+2O₂ （g）═CO₂ （g）+2H₂O （l）的△H=-890.24kJ/mol
（3）甲烷高温分解生成氢气和碳．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，其目的是提供甲烷分解所需的能量．
（4）用甲烷空气碱性（KOH溶液）燃料电池作电源，电解CuCl₂溶液．装置如图所示：

①a电极名称为负极．
②c电极的电极反应式为Cu²⁺+2e^-=Cu．
③假设CuCl₂溶液足量，当某电极上析出3.2g 金属Cu时，理论上燃料电池消耗的空气在标准状况下的体积是2.8L（空气中O₂体积分数约为20%）．

Answer 1

分析 （1）甲烷为四面体结构，mCH₄•nH₂O为分子晶体；
（2）1g甲烷完全燃烧生成液态水放出55.64kJ热量，可计算1mol甲烷燃烧放出的热量；
（3）甲烷分解需要热量，燃烧可提供部分能量；
（4）①a极通的是燃料甲烷，所以是负极；
②d电极与电源的负极相连是阴极，铜离子放电，生成单质铜，电极反应式为Cu²⁺+2e^-=Cu；
③假设CuCl₂溶液足量，当某电极上析出3.2g金属Cu时，结合电极方程式确定整个电路转移的物质的量，以此可计算消耗氧气的物质的量，进而计算体积．

解答 解：（1）甲烷为四面体结构，mCH₄•nH₂O的熔沸点较低，为分子晶体，故答案为：正四面体； 分子；
（2）1g甲烷完全燃烧生成液态水放出55.64kJ热量，则1mol甲烷燃烧放出的能量为16×55.64=890.24，故答案为：-890.24；
（3）甲烷分解需要热量，燃烧可提供部分能量，故答案为：提供甲烷分解所需的能量；
（4）①a极通的是燃料甲烷，所以是负极，故答案为：负极；
②d电极与电源的负极相连是阴极，铜离子放电，生成单质铜，电极反应式为Cu²⁺+2e^-=Cu，故答案为：Cu²⁺+2e^-=Cu；
 ③假设CuCl₂溶液足量，当某电极上析出3.2g金属Cu时，整个电路转移的物质的量为：$\frac{3.2g}{64g/mol}$×2=0.05mol×2=0.1mol，消耗氧气的物质的量为：$\frac{0.05mol}{4}$×2=0.025mol，所以需氧气的体积为0.025mol×22.4L/mol=0.56L，所以空气的体积为$\frac{0.56L}{20%}$=2.8L，故答案为：2.8．

点评 本题综合考查法反应热与焓变以及原电池原理，为高频考点，明确原电池正负极的判断方法是解本题关键，原电池原理是高中化学的重点也是难点，要注意掌握原电池原理，把握本质，正确书写电极反应方程式，题目难度中等．