Question

【题目】CH4、NH3、H2O、HF是第二周期的氢化物，也是生产生活中的重要物质。

(1)在25 ℃、101 kPa时，16 g CH4完全燃烧生成液态水时放出的热量是890.31 kJ，则CH4的燃烧热为________________。

(2) NH3和H2O中稳定性较高的是:___________，NH3和PH3中沸点较高的是:__________。

(3)如图所示组成闭合回路，其中，甲装置是由CH4、O2和CO2为反应物，稀土金属材料为电极，以熔融碳酸盐为电解质形成的原电池；乙装置中a、b为石墨，b极上有红色物质析出，CuSO4溶液的体积为200 mL。

①装置中气体A为________(填“CH4”或“O2和CO2”)，d极上的电极反应式为_______________________________________。

②乙装置中a极上的电极反应式为___________________。

若在a极产生112 mL(标准状况)气体，则甲装置中消耗CH4________mL(标准状况)，乙装置中所得溶液的pH＝________(忽略电解前后溶液体积变化)。

Answer 1

【答案】ΔH＝－890.31 kJ·mol－1 H2O NH3 CH4 O2＋4e－＋2CO2===2CO32- 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 56 1

【解析】

（1）根据热化学方程式的书写方法进行书写；

（2）根据元素周期律以及氢键的原理进行分析；

（3）①根据电解池中b极析出铜，说明b为阴极，则c为负极，d为正极，电池中阴离子向负极移动，燃料电池中正极上氧气得电子生成碳酸根离子；

②a为阳极，阳极上氢氧根离子失电子生成氧气，根据串联电路中转移的电子守恒分析计算。

（1）16g甲烷的物质的量是1mol，16gCH4完全燃烧生成液态水时放出的热量是890.31kJ，即1molCH4完全燃烧生成液态水时放出的热量是890.31kJ，所以甲烷的燃烧热化学方程式为CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）ΔH＝－890.31 kJ·mol－1，故答案为：ΔH＝－890.31 kJ·mol－1 。

（2）元素的非金属性越强，其氢化物的稳定性越强，非金属性O＞N，则氢化物的稳定性，NH3＜H2O；结构相似时，相对分子质量越大，分子间作用力越大，但氨气分子间还存在氢键，则NH3的沸点高于PH3；故答案为：H2O ，NH3。

（3）①b电极上有红色物质生成，则b是阴极，所以a是阳极，c是负极、d是正极，通入甲烷的电极是负极，所以A是CH4、B是二氧化碳和氧气，d电极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子，电极反应式为：O2＋4e－＋2CO2===2CO32-，故答案为：CH4 ，O2＋4e－＋2CO2===2CO32-。

②a是阳极，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O， a极上生成n（O2）=0.112L÷22.4L/mol=0.005mol，生成0.005mol氧气转移电子物质的量=0.005mol×4=0.02mol，根据转移电子相等计算消耗甲烷体=0.02mol/8×22.4L/mol=56mL；
电池反应式为2Cu2++2H2O=4H++O2↑+2Cu，根据方程式知，n（H+）=4n（O2）=4×0.005mol=0.02mol，c（H+）=0.02mol/0.2L=0.1mol/L，则溶液的pH=1，

故答案为：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，56 ，1。