Question

（1）已知298K时，1mol CH₄在氧气中完全燃烧生成二氧化碳和液态水，放出热量890.3kJ．写出该反应的热化学方程式：

 

．
（2）利用该反应设计一个燃料电池：用氢氧化钾溶液作电解质溶液，用多孔石墨作电极，在电极上分别充入CH₄和氧气．写出负极的电极反应式：

 

．
（3）在如图实验装置中，分别写出石墨棒上的电极反应式为

 

；铁棒上的电极反应式为

 

．
（4）如果起始时烧杯中盛有1000mL，某浓度的硫酸铜溶液，通电一段时间后溶液中的Cu²⁺恰好消耗掉，（假设没有其它离子干扰），此时收集到气体3.36L（标准状况下）则原硫酸铜溶液的浓度是

 

mol/L，电路中通过的电子的物质的量是

 

mol；若要使溶液恢复到起始浓度（忽略溶液体积的变化），可向溶液中加入

 

（填物质名称），其质量约为

 

g．

Answer 1

考点：原电池和电解池的工作原理

专题：电化学专题

分析：（1）依据热化学方程式书写方法解答，标注物质聚集状态和反应焓变；
（2）反应中甲烷发生氧化反应，而原电池负极发生氧化反应，应在负极通入甲烷，甲烷在负极失去电子，碱性条件下生成碳酸根与水；
（3）电解池中电子流出的电极为阳极，溶液中水在阳极失去电子生成氧气与氢离子，铜离子在Fe电极上放电析出，附着在Fe电极上；
（4）根据电荷守恒计算铜离子的物质的量，代入c=

n

V

计算浓度，电路中通过的电子的物质的量=4n（O₂）=2n（Cu²⁺），根据脱离溶液的物质确定复原溶液加入的物质．

解答： 解：（1）在298K时，1mol CH₄在氧气中完全燃烧生成二氧化碳和液态水，放出热量890.0kJ，则该反应的热化学方程式为：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.0kJ/mol，故答案为：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（1）△H=-890.3 kJ?mol^-1；
（2）甲烷失电子发生氧化反应，所以通入甲烷气体的电极应为负极，甲烷在负极失去电子，碱性条件下生成碳酸根与水，电极反应式为：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O，故答案为CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O；
（3）电解池中电子流出的电极为阳极，石墨为阳极，溶液中水在阳极失去电子生成氧气与氢离子，电极反应式为：4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O或2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，铜离子在Fe电极上放电析出，附着在Fe电极上，阴极反应式为：Cu²⁺+2e^-=Cu，
故答案为：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑；Cu²⁺+2e^-=Cu；
（4）标准状况下3.36L氧气的物质的量为

3.36L

22.4L/mol

=0.15mol，根据电极反应式可得关系：2Cu²⁺～4e^-～O₂↑，因此铜离子的物质的量为0.15mol×2=0.3mol，c=

0.3mol

1L

=0.3mol/L，电路中通过的电子为4n（O₂）=0.15mol×4=0.6mol；发生电极反应后析出0.15mol氧气，0.3molCu，要复原原溶液，需要加入0.3molCuO，0.3molCuO的质量为0.3mol×80g/mol=24g，
故答案为：0.3；0.6；氧化铜；24．

点评：本题考查热化学方程式书写、原电池与电解池的工作原理，明确电极反应及利用电子守恒、元素守恒等计算是解答本题的关键，难度中等．