Question

17．CH₄、H₂、C都是優(yōu)質(zhì)的能源物質(zhì)，它們?nèi)紵�的熱化學(xué)方程式為：
①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3kJ/mol
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ/mol
③C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol
（1）深海中存在一種甲烷細(xì)菌，它們依靠酶使甲烷與O₂作用產(chǎn)生的能量存活，甲烷細(xì)菌使1mol甲烷生成CO₂氣體與液態(tài)水，放出的能量=（填“＞”“＜”或“=”）890.3kJ．
（2）甲烷與CO₂可用于合成合成氣（主要成分是一氧化碳和氫氣）：CH₄+CO₂═2CO+2H₂，1gCH₄完全反應(yīng)可釋放15.46kJ的熱量，則：
①圖1中能表示該反應(yīng)過程中能量變化的是D（填字母）．

②若將物質(zhì)的量均為1mol的CH₄與CO₂充入某恒容密閉容器中，體系放出的熱量隨著時(shí)間的變化如圖2所示，則CH₄的轉(zhuǎn)化率約為63%．
（3）C（s）與H₂（g）不反應(yīng)，所以C（s）+2H₂（g）═CH₄（g）的反應(yīng)熱無法直接測(cè)量，但通過上述反應(yīng)可求出C（s）+2H₂（g）═CH₄（g）的反應(yīng)熱△H=-74.8kJ•mol^-1 ．
（4）圖3是甲烷燃料電池原理示意圖，請(qǐng)回答下列問題：
①電池的負(fù)極是a（填“a”或“b”）電極，正極上的電極反應(yīng)是O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；．
②電池工作一段時(shí)間后電解質(zhì)溶液的pH減�。ㄌ睢霸龃蟆薄皽p小”或“不變”）．

Answer 1

分析 （1）CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890，.3kJ•mol^-1，得到甲烷細(xì)菌使1mol甲烷生成CO₂氣體與液態(tài)水放出的熱量；
（2）①甲烷與CO₂可用于合成合成氣（主要成分是一氧化碳和氫氣）：CH₄+CO₂═2CO+2H₂，1g CH₄完全反應(yīng)可釋放15.46kJ的熱量，計(jì)算1mol甲烷完全反應(yīng)放出的熱量，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，據(jù)此分析圖象判斷；
②依據(jù)①計(jì)算得到的反應(yīng)的焓變，圖中是反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)放熱155.8KJ，計(jì)算反應(yīng)的甲烷得到轉(zhuǎn)化率；
（3）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）；△H₁=-890.3kJ/mol；
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
③C（s）+O₂（g）=CO₂（g）；△H₂=-393.5kJ/mol
反應(yīng)C（石墨，s）+2H₂（g）=CH₄（g）可以是②+③-①得到，由此分析解答；
（4）①堿性甲烷燃料電池中通入甲烷的一極為原電池的負(fù)極，通入氧氣的一極為原電池的正極，負(fù)極上是燃料發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)；
②根據(jù)燃料電池的總反應(yīng)方程式判斷pH的變化．

解答 解：（1）CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890，.3kJ•mol^-1，得到甲烷細(xì)菌使1mol甲烷生成CO₂氣體與液態(tài)水放出的熱量等于890，.3kJ•mol^-1，
故答案為：=；
（2）①甲烷與CO₂可用于合成合成氣（主要成分是一氧化碳和氫氣）：CH₄+CO₂═2CO+2H₂，1g CH₄完全反應(yīng)可釋放15.46kJ的熱量，計(jì)算1mol甲烷完全反應(yīng)放出的熱量=15.46KJ×16=247.36KJ，反應(yīng)焓變△H=-247.36KJ/mol，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)物能量高于生成物，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CH_4（g）+CO_2（g）═2CO（g）+2H_2（g），△H=-247.36KJ/mol，符合能量變化的圖象只有D符合，
故答案為：D；  
 ②反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CH_4（g）+CO_2（g）═2CO（g）+2H_2（g），△H=-247.36KJ/mol，圖象可知反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)放出熱量155.80KJ，則反應(yīng)的甲烷物質(zhì)的量=$\frac{155.80KJ}{247.36KJ/mol}$=0.63mol，甲烷轉(zhuǎn)化率為63%，
故答案為：63%；
（3）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）；△H₁=-890.3kJ/mol；
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
③C（s）+O₂（g）=CO₂（g）；△H₂=-393.5kJ/mol
蓋斯定律計(jì)算，②+③-①得到，反應(yīng)C（石墨，s）+2H₂（g）=CH₄（g）△H=-74.8 kJ•mol^-1，
故答案為：-74.8 kJ•mol^-1；
（4）：①堿性甲烷燃料電池中通入甲烷的一極a為原電池的負(fù)極，該極上是燃料發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，通入氧氣的一極為原電池的正極，發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，即O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案為：a；O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
②在堿性溶液中，甲烷燃料電池的總反應(yīng)式為CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O，電池工作一段時(shí)間后，由于氫氧根離子被消耗，所以電解質(zhì)溶液的pH會(huì)減小，
故答案為：減�。�

點(diǎn)評(píng) 本題考查了熱化學(xué)方程式書寫、蓋斯定律計(jì)算、反應(yīng)熱與能源及燃料電池工作原理，為高頻考點(diǎn)，把握物質(zhì)的性質(zhì)、反應(yīng)中的能量變化及從氧化還原的角度判斷原電池的正負(fù)極以及電極方程式的書寫為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的考查，注意化學(xué)研究方案的可行性分析，題目難度中等．