Question

“可燃冰”是一种重要的潜在未来资源．“可燃冰”属于主要成分是CH₄的水合物．
（1）CH₄可与Cl₂反应，反应历程如下
①Cl-Cl→2Cl?△H=243kJ?mol^-1
②Cl?+CH₃-H→?CH₃+H-Cl△H=4KJ?mol^-1
③?CH₃+Cl-Cl→CH₃-Cl+Cl?△H=-106kJ?mol^-1
则2摩氯原子结合成1摩氯分子时，放出的能量为

243

kJ；CH₄与Cl₂反应生成CH₃Cl（g）的热化学方程式为

CH_4（g）+Cl_2（g）═CH₃Cl_（g）+HCl_（g） △H=-102kJ?mol^-1

．
（2）CH₄也是一种重要的化工原料，如它与CO₂在高温下可以反应制取CO，请写出反应的化学方程式

CH₄ +CO₂

高温  .

2CO+2H₂

；实验室可用CHCl₃与H₂O₂直接反应制取COCl₂，反应的化学方程式为

CHCl₃ +H₂O₂═COCl₂+HCl+H₂O；

．
（3）CH₄可用于设计燃料电池，甲烷燃料电池的工作原理如图所示：则通入CH₄的一极为原电池的

负极

（填“正极”或“负极”），正极的电极反应式为

O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-

，该电池工作时总的反应方程式为

CH₄ +2O₂+2KOH═K₂CO₃+3H₂O

．

Answer 1

分析：（1）一个反应无论是一步完成还是分为几步完成，其热效应是相同的，故根据盖斯定律可求题目中的反应热；
（2）CH₄与CO₂在高温下可以反应制取CO，另一种产物是H₂，反应方程式即可得出；CHCl₃与H₂O₂直接反应制取COCl₂，同时伴随HCl和H₂O的生成；
（3）甲烷燃料电池是根据甲烷的燃烧反应设计的，甲烷发生氧化反应，故通甲烷的极为负极．正极是氧气放电生成OH^-，总方程式书写时要考虑生成的二氧化碳和碱的反应．

解答：解：（1）根据盖斯定律可知，（-①）即是氯原子结合成氯分子时的热化学方程式：2Cl?→Cl-Cl△H=-243kJ?mol^-1，
可知2mol氯原子结合成1mol氯分子时，放出的热量为243kJ；
由②+③可知CH₄与Cl₂反应生成CH₃Cl（g）的热化学方程式为：CH_4（g）+Cl_2（g）═CH₃Cl_（g）+HCl_（g） △H=-102kJ?mol^-1
故答案为：243； CH_4（g）+Cl_2（g）═CH₃Cl_（g）+HCl_（g） △H=-102kJ?mol^-1；
（2）CH₄与CO₂在高温下反应生成CO、H₂：CH₄ +CO₂

高温  .

2CO+2H₂；
实验室用CHCl₃与H₂O₂反应制取COCl₂，反应的化学方程式：CHCl₃ +H₂O₂═COCl₂+HCl+H₂O；
故答案为：CH₄ +CO₂

高温  .

2CO+2H₂；  CHCl₃ +H₂O₂═COCl₂+HCl+H₂O；
（3）在原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应．甲烷燃料电池根据甲烷的燃烧反应设计，在反应中，甲烷发生氧化反应故在负极放电，故通入CH₄
的一极为原电池的负极；
正极是氧气放电，考虑到电解质溶液为碱性，故电极反应为：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-；
该燃料电池先发生反应：CH₄ +2O₂═CO₂+2H₂O ①生成的 CO₂ 又发生了和电解质溶液的反应：CO₂+2KOH═K₂ CO₃+H₂O ②
 将①+②即得总反应：CH₄ +2O₂+2KOH═K₂CO₃+3H₂O
故答案为：负极； O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-；  CH₄ +2O₂+2KOH═K₂CO₃+3H₂O．

点评：本题综合考查了盖斯定律和燃料电池电极反应、总反应的书写，难度适中，综合性较强．