Question

2．能源是国民经济发展的重要基础，我国目前使用的能源主要是化石燃料．
（1）在25℃、101kPa时，16gCH₄完全燃烧生成液态水时放出的热量是890.31kJ，则CH₄燃烧的热化学方程式为CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.31kJ/mol．
（2）已知：C（s）+O₂（g）═CO₂（g）；△H=-437.3 kJ•mol^-1
H₂（g）+O₂（g）═H₂O（g）；△H=-285.8 kJ•mol^-1
CO（g）+O₂（g）═CO₂（g）；△H=-283.0 kJ•mol^-1
则煤气化反应C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g） 的焓变△H=+131.5kJ•mol^-1．
（3）如图所示组成闭合回路，其中，甲装置中CH₄为负极，O₂和CO₂的混合气体为正极，稀土金属材料为电极，以熔融碳酸盐为电解质；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200mL．

①装置中气体A为CH₄（填“CH₄”或“O₂和CO₂”），d极上的电极反应式为O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-．
②乙装置中a极上的电极反应式为4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O．若在a极产生112mL（标准状况）气体，则甲装置中消耗CH₄56mL（标准状况），乙装置中所得溶液的pH=1．（忽略电解前后溶液体秋变化）
③如果乙中电极不变，将溶液换成饱和Na₂SO₃溶液，当阴极上有a mol气体生成时，同时有w g Na₂SO₄•10H₂O晶体析出，若温度不变，剩余溶液中溶质的质量分数应为$\frac{w×\frac{142}{322}}{w+18a}$×100%（用含w、a的表达式表示，不必化简）．

Answer 1

分析 （1）根据热化学方程式的书写方法可知，化学计量数与反应热成正比，并注意标明物质的聚集状态来解答；
（2）根据热化学方程式和盖斯定律计算得到，反应焓变与反应过程无关；
（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是甲烷、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；
②a是阳极，阳极上氢氧根离子放电生成氧气；
根据转移电子相等计算消耗甲烷体积；根据氧气和氢离子之间的关系式计算氢离子物质的量浓度，从而确定pH；
③电解饱和硫酸钠溶液时，阳极上析出氧气、阴极上析出氢气，所以相当于电解水，且生成氢气和氧气的物质的量之比是2：1，所以当阴极上有a mol气体生成时，阳极上生成氧气物质的量为0.5amol，电解水的质量=amol×2g/mol+0.5amol×32g/mol=18ag，剩余溶液仍然是饱和溶液，计算生成m（Na₂SO₄），带入质量分数公式计算溶液质量分数．

解答 解：（1）16g即1molCH₄在氧气中燃烧生成CO₂和液态水，放出889kJ热量，则热化学方程式为：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.31kJ/mol，
故答案为：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.31kJ/mol； 
（2）已知：C（s）+O₂（g）═CO₂（g）；△H=-437.3 kJ•mol^-1
H₂（g）+O₂（g）═H₂O（g）；△H=-285.8 kJ•mol^-1
CO（g）+O₂（g）═CO₂（g）；△H=-283.0 kJ•mol^-1
依据盖斯定律①-②-③，得到：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+131.5kJ•mol^-1，
故答案为：+131.5；
（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=2CO₃^2-，
故答案为：CH₄；O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；
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）=$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=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积=$\frac{0.02mol}{8}$×22.4L/mol=56mL；
电池反应式为2Cu²⁺+2H₂O=4 H⁺+O₂↑+2Cu，根据方程式知，n（ H⁺）=4n（O₂）=4×0.005mol=0.02mol，c（H⁺）=$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L，则溶液的pH=1，
故答案为：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；56；1；
③电解饱和硫酸钠溶液时，阳极上析出氧气、阴极上析出氢气，所以相当于电解水，且生成氢气和氧气的物质的量之比是2：1，所以当阴极上有a mol气体生成时，阳极上生成氧气物质的量为0.5amol，电解水的质量=amol×2g/mol+0.5amol×32g/mol=18a g，
剩余溶液仍然是饱和溶液，生成m（Na₂SO₄）=wg×$\frac{142}{322}$，
溶液质量分数=$\frac{wg×\frac{142}{322}}{wg+18ag}$×100%=$\frac{w×\frac{142}{322}}{w+18a}$×100%，
故答案为：$\frac{w×\frac{142}{322}}{w+18a}$×100%．

点评 本题考查热化学反应方程式的书写、原电池和电解池原理及质量分数有关计算，侧重考查学生分析计算能力，明确各个电极上发生的反应结合转移电子相等进行有关计算，难点是（3）③计算，利用析出晶体与电解水计算溶液质量分数即可，题目难度较大．