Question

（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．写出该反应的热化学方程式

 

．现有CH₄和CO的混合气体0.75mol，完全燃烧后，生成CO₂气体和18克液态水，并放出515kJ热量，则CH₄和CO的物质的量分别为

 

、

 

mol．
（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，多孔石墨做电极，在电极上分别通入甲烷和氧气．通入甲烷气体的电极应为

 

极（填写“正”或“负”），该电极上发生的电极反应是

 

（填字母代号）．
a．CH₄-e^-+2O₂═CO₂+2H₂O
b．CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O
c．O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-
d．O₂-4e^-+4H⁺═2H₂O
（3）在如图所示实验装置中，石墨棒上的电极反应式为

 

；如果起始时盛有1000mL pH=5的硫酸铜溶液（25℃，CuSO₄足量），一段时间后溶液的pH变为1，此时可观察到的现象是

 

；若要使溶液恢复到起始浓度（温度不变，忽略溶液体积的变化），可向溶液中加入

 

（填物质的化学式），其质量约为

 

．

Answer 1

考点：有关反应热的计算,化学电源新型电池,电解原理

专题：化学反应中的能量变化,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；根据H元素守恒计算CH₄的物质的量，进而计算CO的物质的量；
（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，总反应式为2CuSO₄+2H₂O

通电  .

2Cu+2H₂SO₄+O₂↑，要使溶液恢复原状态，需要加入物质与硫酸反应能生成硫酸铜、水的物质的量之比为1：1，可加入CuO（或CuCO₃），根据pH变化计算电解生成的硫酸的物质的量，进而计算生成Cu的物质的量，再根据Cu原子守恒计算．

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，
18克液态水的物质的量=

18g

18g/mol

=1mol，根据H原子守恒可知n（CH₄）=

1mol×2

4

=0.5mol，故n（CO）=0.75mol-0.5mol=0.25mol，
故答案为：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.0kJ/mol；0.5；0.25；
（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：负；b；
（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，故看到的现象为：石墨电极表面有气泡产生，铁电极上附着一层红色物质，溶液颜色变浅；
总反应式为2CuSO₄+2H₂O

通电  .

2Cu+2H₂SO₄+O₂↑，要使溶液恢复原状态，需要加入物质与硫酸反应能生成硫酸铜、水的物质的量之比为1：1，可加入CuO（或CuCO₃），一段时间后溶液的pH变为1，则△c（H⁺）=0.1mol/L-10^-5mol/L=0.1mol/L，n（H⁺）=1L×0.1mol/L=0.1mol，故生成n（H₂SO₄）=0.05mol，则由电解反应可知析出的Cu的物质的量为0.05mol，由Cu原子守恒可知，m（CuO）=0.05mol×80g/mol=4g，或m（CuCO₃）=0.05mol×124g/mol=6.2g，
故答案为：4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O或2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺；石墨电极表面有气泡产生，铁电极上附着一层红色物质，溶液颜色变浅；CuO（或CuCO₃）；4g（或6.2g）．

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．