题目内容

17.CH4、H2、C都是优质的能源物质,它们燃烧的热化学方程式为:
①CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.3kJ/mol
②2H2(g)+O2(g)═2H2O(l)△H=-571.6kJ/mol
③C(s)+O2(g)═CO2(g)△H=-393.5kJ/mol
(1)深海中存在一种甲烷细菌,它们依靠酶使甲烷与O2作用产生的能量存活,甲烷细菌使1mol甲烷生成CO2气体与液态水,放出的能量=(填“>”“<”或“=”)890.3kJ.
(2)甲烷与CO2可用于合成合成气(主要成分是一氧化碳和氢气):CH4+CO2═2CO+2H2,1gCH4完全反应可释放15.46kJ的热量,则:
①图1中能表示该反应过程中能量变化的是D(填字母).

②若将物质的量均为1mol的CH4与CO2充入某恒容密闭容器中,体系放出的热量随着时间的变化如图2所示,则CH4的转化率约为63%.
(3)C(s)与H2(g)不反应,所以C(s)+2H2(g)═CH4(g)的反应热无法直接测量,但通过上述反应可求出C(s)+2H2(g)═CH4(g)的反应热△H=-74.8kJ•mol-1 .
(4)图3是甲烷燃料电池原理示意图,请回答下列问题:
①电池的负极是a(填“a”或“b”)电极,正极上的电极反应是O2+2H2O+4e-=4OH-;.
②电池工作一段时间后电解质溶液的pH减小(填“增大”“减小”或“不变”).

分析 (1)CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H=-890,.3kJ•mol-1,得到甲烷细菌使1mol甲烷生成CO2气体与液态水放出的热量;
(2)①甲烷与CO2可用于合成合成气(主要成分是一氧化碳和氢气):CH4+CO2═2CO+2H2,1g CH4完全反应可释放15.46kJ的热量,计算1mol甲烷完全反应放出的热量,反应为放热反应,据此分析图象判断;
②依据①计算得到的反应的焓变,图中是反应达到平衡状态时放热155.8KJ,计算反应的甲烷得到转化率;
(3)已知:①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l);△H1=-890.3kJ/mol;
②2H2(g)+O2(g)═2H2O(l)△H=-571.6kJ•mol-1
③C(s)+O2(g)=CO2(g);△H2=-393.5kJ/mol
反应C(石墨,s)+2H2(g)=CH4(g)可以是②+③-①得到,由此分析解答;
(4)①碱性甲烷燃料电池中通入甲烷的一极为原电池的负极,通入氧气的一极为原电池的正极,负极上是燃料发生失电子的氧化反应;
②根据燃料电池的总反应方程式判断pH的变化.

解答 解:(1)CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H=-890,.3kJ•mol-1,得到甲烷细菌使1mol甲烷生成CO2气体与液态水放出的热量等于890,.3kJ•mol-1,
故答案为:=;
(2)①甲烷与CO2可用于合成合成气(主要成分是一氧化碳和氢气):CH4+CO2═2CO+2H2,1g CH4完全反应可释放15.46kJ的热量,计算1mol甲烷完全反应放出的热量=15.46KJ×16=247.36KJ,反应焓变△H=-247.36KJ/mol,反应为放热反应,反应物能量高于生成物,反应的热化学方程式为:CH4(g)+CO2(g)═2CO(g)+2H2(g),△H=-247.36KJ/mol,符合能量变化的图象只有D符合,
故答案为:D;  
 ②反应的热化学方程式为:CH4(g)+CO2(g)═2CO(g)+2H2(g),△H=-247.36KJ/mol,图象可知反应达到平衡状态放出热量155.80KJ,则反应的甲烷物质的量=$\frac{155.80KJ}{247.36KJ/mol}$=0.63mol,甲烷转化率为63%,
故答案为:63%;
(3)已知:①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l);△H1=-890.3kJ/mol;
②2H2(g)+O2(g)═2H2O(l)△H=-571.6kJ•mol-1
③C(s)+O2(g)=CO2(g);△H2=-393.5kJ/mol
盖斯定律计算,②+③-①得到,反应C(石墨,s)+2H2(g)=CH4(g)△H=-74.8 kJ•mol-1,
故答案为:-74.8 kJ•mol-1;
(4):①碱性甲烷燃料电池中通入甲烷的一极a为原电池的负极,该极上是燃料发生失电子的氧化反应,通入氧气的一极为原电池的正极,发生得电子的还原反应,即O2+2H2O+4e-=4OH-,故答案为:a;O2+2H2O+4e-=4OH-;
②在碱性溶液中,甲烷燃料电池的总反应式为CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O,电池工作一段时间后,由于氢氧根离子被消耗,所以电解质溶液的pH会减小,
故答案为:减小.

点评 本题考查了热化学方程式书写、盖斯定律计算、反应热与能源及燃料电池工作原理,为高频考点,把握物质的性质、反应中的能量变化及从氧化还原的角度判断原电池的正负极以及电极方程式的书写为解答的关键,侧重分析与应用能力的考查,注意化学研究方案的可行性分析,题目难度中等.

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