题目内容

4．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，16g CH4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-1 ．
（2）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甲装置中气体A为CH4（填“CH4”或“O2和CO2”），d极上的电极反应式为O2+4e-+2CO2=2CO32-．
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CH456 mL （标准状况），乙装置中所得溶液的pH=1．（忽略电解前后溶液体积变化）
③如果乙中电极不变，将溶液换成饱和Na2SO4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$\frac{142w}{322（w+18a）}×100%$（用含w、a的表达式表示，不必化简）．

分析 （1）16g甲烷的物质的量是1mol，16g CH4完全燃烧生成液态水时放出的热量是890.31kJ，即1molCH4完全燃烧生成液态水时放出的热量是890.31kJ，据此书写热化学方程式；
（2）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，生成m（Na2SO4）=wg×$\frac{142}{322}$，
溶液质量分数=$\frac{wg×\frac{142}{233}}{wg+18ag}×100%$．

解答 解：（1）16g甲烷的物质的量是1mol，16g CH4完全燃烧生成液态水时放出的热量是890.31kJ，即1molCH4完全燃烧生成液态水时放出的热量是890.31kJ，所以甲烷的燃烧热化学方程式为CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-890.31kJ•mol-1 ，
故答案为：CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-890.31kJ•mol-1 ；
（2）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=2CO32-，
故答案为：CH4；O2+4e-+2CO2=2CO32-；
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=18ag，
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=$\frac{wg×\frac{142}{322}}{wg×18ag}×100%$=$\frac{142w}{322（w+18a）}×100%$，
故答案为：$\frac{142w}{322（w+18a）}×100%$．

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（2）③计算，利用析出晶体与电解水计算溶液质量分数即可，题目难度不大．

练习册系列答案
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c．视线与凹液面的最低点相平读取量筒中水的体积
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