Question

天然气（主要成分甲烷）是一种清洁、高效的能源，现在许多城市家庭用于厨房使用的燃料已经由煤气（主要成分是H₂和CO按体积比1：1混合的气体混合物）换成了天然气；此外天然气也是很好的燃料电池的燃料，甲烷在燃料电池中的能量转换率可达到85%-90%．请回答下列问题：
（1）已知H₂、CO和CH₄的燃烧热分别是286kJ/mol、283kJ/mol和890kJ/mol，则反应2CH₄（g）+3O₂（g）=CO（g）+H₂（g）+CO₂（g）+3H₂O（l）的反应热△H=

 

．
（2）以甲烷、空气为反应物，KOH溶液作电解质溶液构成燃料电池，则负极反应式为：

 

．随着反应的不断进行溶液的碱性

 

（填“增大”“减小”或“不变”）．
（3）如果以该燃料电池为电源、石墨作两极电解饱和食盐水，则该电解过程中阳极反应式为：

 

；如果电解一段时间后NaCl溶液的体积为1L，溶液的C（OH^-）=10^-2mol/L，则理论上消耗甲烷在标准状况下的体积为

 

mL．

Answer 1

考点：原电池和电解池的工作原理,反应热和焓变

专题：

分析：（1）燃烧热是指1mol纯净物完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量，根据燃烧热的定义写出热化学方程式，再利用盖斯定律来计算；
（2）原电池中负极上燃料失电子，碱性条件下，CH₃OH反应生成碳酸根离子；根据电极反应判断氢氧根离子浓度的变化；
（3）阳极上氯离子放电生成氯气，根据阴阳两极的反应结合电子转移来计算．

解答： 解：（1）CH₄（g）、H₂（g）、CO（g）的燃烧热分别为890.3kJ?mol^-1、285.8kJ?mol^-1和393.5kJ?mol^-1，写出表示这三种物质燃烧热的热化学方程式：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890.3 kJ?mol^-1；
H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（l）△H=-286kJ?mol^-1；
CO（s）+

1

2

O₂（g）═CO₂（g）△H=-283 kJ?mol^-1；
根据盖斯定律，则反应2CH₄（g）+3O₂（g）=CO（g）+H₂（g）+CO₂（g）+3H₂O（l）等于①×2-③-②，即反应的反应热△H=-1211kJ/mol，
故答案为：-1211kJ/mol；
（2）原电池放电时，甲烷失电子被氧化，应为电池负极反应，其电极反应式为：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；电池在放电过程中消耗氢氧根离子，所以溶液的pH减小；
故答案为：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；减小；
（3）阴极上氢离子放电生成氢气，阳极上氯离子放电生成氯气，电极反应式为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，电解一段时间，溶液的C（OH^-）=10^-2mol/L，则n（OH^-）=0.01mol/L×1L=0.01mol，根据反应2NaCl+2H₂O=H₂↑+Cl₂↑+2NaOH可知，n（Cl₂）=0.01mol×

1

2

=0.005mol，电子转移0.01mol，根据CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，故原电池消耗甲烷的物质的量是0.00125mol，体积为0.00125mol×22.4L/mol=0.028L=28mL，
故答案为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；28．

点评：本题考查了燃料电池、电解原理的应用，侧重于考查学生书对电极方程式的书写的掌握情况，题目难度中等，注意电解质溶液的酸碱性对电极方程式的影响．