Question

CH₄是一种清洁、高效、具有优良的环保性能的燃料，1mol CH₄完全燃烧生成稳定的产物．反应热为890.3KJ?mol^-1．它可以作为燃料电池的燃料．
（1）写出甲烷燃烧的热化学方程式：

 

；
（2）以甲烷、空气、氢氧化钾溶液为原料，惰性电极为电极可以构成燃料电池．该电池的正极反应式：

 

；
（3）用（1）中的燃料电池为电源，以石墨为电极电解500ml滴有酚酞的NaCl溶液，装置如图所示：
①请写出电解过程中阴极附近观察到的现象：

 

．
②到燃料电池消耗2.8L O₂（标准状况下）时，在Y极通过的电子的物质的量为：

 

．
③电解之后，要使溶液恢复原状，应该向溶液中加入物质（填名称）

 

．

Answer 1

考点：热化学方程式,化学电源新型电池

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）依据热化学方程式的书写方法，结合燃烧热的概念是1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物时放出的热量写出，注意标注物质的聚集状态和燃烧热；
（2）先判断氧化剂、还原剂，然后根据原电池原理判断正负极上反应的物质，结合电解质溶液写出电极反应式；
（3）依据电源判断X为电解池的阳极，Y为电解池的阴极；
①阴极是溶液中的氢离子得到电子生成氢气，溶液中水的电离被破坏，生成了氢氧根离子显碱性，遇酚酞变红；
②根据甲烷燃料电池的电极反应和电解氯化钠的电极反应，依据电子守恒计算得到；电极上的电子转移守恒；
③依据电解氯化钠溶液生成了氢气、氯气和氢氧化钠，恢复原溶液浓度需要加入氢气和氯气组成的含氯化氢的盐酸溶液；

解答： 解：（1）CH₄ 是一种清洁、高效、具有优良的环保性能的燃料，其燃烧热为890.3KJ?mol^-1，热化学方程式为：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3KJ/mol，
故答案为：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3KJ/mol；
（2）负极上的电极反应式等于电池的总反应式-正极发生的电极方程式；以甲烷、空气、氢氧化钾溶液为原料，惰性电极可构成燃料电池，正极反应为：3O₂+12H₂O+12e^-=12OH^-，总反应式为：CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O，两式相减，负极反应为：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
（3）燃料电池为电源，以石墨为电极电解500ml滴有酚酞的NaCl溶液，X为电解池的阳极，Y为电解池的阴极；
①阴极是溶液中的氢离子得到电子生成氢气，溶液中水的电离被破坏，生成了氢氧根离子显碱性，遇酚酞变红；电解过程中阴极附近观察到的现象是，阴极附近变红；
故答案为：阴极附近变红；
②甲烷燃料电池的正极消耗氧气，燃料电池消耗2.8L O₂物质的量=

2.8L

22.4L/mol

=0.125mol；正极反应为：3O₂+12H₂O+12e^-=12OH^-，计算得到电子转移为0.5mol；电极上的电子守恒得到在Y极通过的电子的物质的量为0.5mol；
故答案为：0.5mol；
③电解氯化钠溶液生成了氢气、氯气和氢氧化钠，恢复原溶液浓度需要加入氢气和氯气组成的含氯化氢的盐酸溶液；
故答案为：氯化氢气体；

点评：本题考查学生盖斯定律计算反应热的知识，燃烧热的概念应用，原电池的电极反应书写，电解池的计算应用，关键是电解过程中电子守恒是计算的依据，题目难度中等，