Question

已知CH₄、H₂、和CO的燃燒熱（△H）分別為-890.3kJ?mol^-1、-285.8kJ?mol^-1和-283.0kJ?mol^-1．
（1）用鉑電極電解稀硫酸溶液，當(dāng)陽(yáng)極產(chǎn)生2.24L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）氣體時(shí)需消耗的能量是（假設(shè)能量的利用率為80%）______．
（2）工業(yè)上利用天然氣（主要成分為CH₄）與CO₂進(jìn)行高溫重整制備CO（另一產(chǎn)物為H₂），寫(xiě)出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式______；
（3）甲烷燃料電池是利用燃料甲烷跟氧氣或空氣反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置，電解質(zhì)是強(qiáng)堿溶液．在甲烷燃料電池中：負(fù)極反應(yīng)為_(kāi)_____，放電時(shí)溶液中的陰離子向______極移動(dòng)；隨放電的進(jìn)行，溶液的pH______（選填“增大”、“減小”或“不變”）．若用該燃料電池電解氯化銅溶液，當(dāng)消耗甲烷5.6L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）時(shí)，可生成銅的質(zhì)量為（假設(shè)能量的利用率為100%）______．

Answer 1

【答案】分析：（1）用鉑電極電解稀硫酸溶液，陽(yáng)極生成O₂，n（O₂）==0.1mol，根據(jù)熱化學(xué)方程式2H₂O（l）=O₂（g）+2H₂（g）△H=+571.6kJ?mol ^-1計(jì)算消耗的能量；
（2）根據(jù)CH₄、H₂、和CO的燃燒熱分別寫(xiě)出燃燒的熱化學(xué)方程式，利用蓋斯定律書(shū)寫(xiě)該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；
（3）在甲烷燃料電池中負(fù)極甲烷發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO₃^2-和H₂O，根據(jù)電極方程式判斷pH的變化，并計(jì)算銅的質(zhì)量．
解答：解：（1）用鉑電極電解稀硫酸溶液，陽(yáng)極生成O₂，n（O₂）==0.1mol，由氫氣的燃燒熱可知2H₂O（l）=O₂（g）+2H₂（g）△H=+571.6kJ?mol ^-1，則生成0.1mol需要O₂吸收0.1mol×571.6kJ?mol ^-1=57.16kJ，由于能量的利用率為80%，則實(shí)際應(yīng)吸收=71.5kJ，故答案為：71.5kJ；
（2）根據(jù)CH₄、H₂、和CO的燃燒熱分別寫(xiě)出燃燒的熱化學(xué)方程式：
①O₂（g）+2H₂（g）=2H₂O（L）△H=-571.6kJ?mol ^-1；
②CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（L）△H=-890.3kJ?mol^-1；
③2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.03kJ?mol^-1，
利用蓋斯定律將②-①-③可得：CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）；△H=+247.3 kJ?mol ^-1，
故答案為：CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）；△H=+247.3 kJ?mol ^-1；
（3）在甲烷燃料電池中負(fù)極甲烷發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO₃^2-和H₂O，負(fù)極電極反應(yīng)式為CH₄+10OH^--8e═CO₃^2-+7H₂O，放電時(shí)溶液中的陰離子向負(fù)極，總反應(yīng)式為CH₄+2O₂+2OH^-═CO₃^2-+3H₂O，OH^-濃度降低，則pH減小，當(dāng)消耗甲烷5.6L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）時(shí)，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為×8=2mol，則生成銅1mol，質(zhì)量為64g，
故答案為：CH₄+10OH^--8e═CO₃^2-+7H₂O；負(fù)；減��；64g．
點(diǎn)評(píng)：本題考查較為綜合，涉及電化學(xué)知識(shí)以及蓋斯定律的應(yīng)用，題目難度中等，解答本題的關(guān)鍵是能正確書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式以及總反應(yīng)式，學(xué)習(xí)中注意體會(huì)蓋斯定律的應(yīng)用．