Question

【題目】天然氣既是高效潔凈的能源，也是重要的化工原料。

(1)甲烷分子的結(jié)構(gòu)式為_________，空間構(gòu)型為_______________形。

(2)已知25℃、101kPa 時(shí)，1 g甲烷完全燃燒生成液態(tài)水放出55.64 kJ熱量，則該條件下反應(yīng)CH4(g)+2O2(g)＝CO2(g)+2H2O(l)的△H＝____________kJ·mol-1。

(3)甲烷高溫分解生成氫氣和炭黑。在密閉容器中進(jìn)行此反應(yīng)時(shí)要通入適量空氣使部分甲烷燃燒，其目的是__________________________________________。

(4)燃料電池的工作原理是將燃料和氧化劑(如O2)反應(yīng)所產(chǎn)生的能量直接轉(zhuǎn)化為電能。用甲烷-空氣堿性(KOH溶液)燃料電池作電源，電解CuCl2溶液。已知甲烷空氣堿性燃料電池的總反應(yīng)為：CH4+2O2+2KOH＝K2CO3+3H2O，裝置如下圖所示：

①a電極名稱為____________。

②c電極的電極反應(yīng)式為_________________________________。

③假設(shè)CuCl2溶液足量，當(dāng)某電極上析出3.2 g 金屬Cu時(shí)，理論上燃料電池消耗的甲烷在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積是__________L。

Answer 1

【答案】 正四面體 －890.24 提供甲烷分解所需的能量 負(fù)極 2Cl-－2e-＝Cl2↑ 0.28

【解析】

（1）甲烷的分子式為CH4，結(jié)構(gòu)式為，因此甲烷為四面體結(jié)構(gòu)；

（2）1g甲烷完全燃燒生成液態(tài)水放出55.64 kJ熱量，則1 mol甲烷即16 g甲烷燃燒放出的能量為16×55.64 kJ＝890.24 kJ，因此該條件下反應(yīng)CH4(g)+2O2(g)＝CO2(g)+2H2O(l)的△H＝－890.24 kJ·mol-1；

（3）甲烷分解需要熱量，燃燒可提供部分能量，因此反應(yīng)時(shí)要通入適量空氣使部分甲烷燃燒的目的是提供甲烷分解所需的能量；

（4）①a極通入的是燃料甲烷，甲烷失去電子，所以a電極是負(fù)極；

②c電極與b電極即與電源的正極相連，作陽極，溶液中的氯離子放電，電極反應(yīng)式為2Cl-－2e-＝Cl2↑；

③假設(shè)CuCl2溶液足量，當(dāng)某電極上析出3.2g金屬Cu時(shí)，銅的物質(zhì)的量是3.2g÷64g/mol＝0.05mol，因此整個(gè)電路轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.05mol×2＝0.1mol，1mol甲烷在反應(yīng)中失去8mol電子，則消耗甲烷的物質(zhì)的量為0.1mol÷8＝0.0125mol，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積是0.0125mol×22.4L/mol=0.28L。