Question

CH₄是一種清潔、高效、具有優(yōu)良的環(huán)保性能的燃料，1mol CH₄完全燃燒生成穩(wěn)定的產(chǎn)物．反應(yīng)熱為890.3KJ?mol^-1．它可以作為燃料電池的燃料．
（1）寫出甲烷燃燒的熱化學(xué)方程式：

 

；
（2）以甲烷、空氣、氫氧化鉀溶液為原料，惰性電極為電極可以構(gòu)成燃料電池．該電池的正極反應(yīng)式：

 

；
（3）用（1）中的燃料電池為電源，以石墨為電極電解500ml滴有酚酞的NaCl溶液，裝置如圖所示：
①請(qǐng)寫出電解過程中陰極附近觀察到的現(xiàn)象：

 

．
②到燃料電池消耗2.8L O₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）時(shí)，在Y極通過的電子的物質(zhì)的量為：

 

．
③電解之后，要使溶液恢復(fù)原狀，應(yīng)該向溶液中加入物質(zhì)（填名稱）

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,化學(xué)電源新型電池

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式的書寫方法，結(jié)合燃燒熱的概念是1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物時(shí)放出的熱量寫出，注意標(biāo)注物質(zhì)的聚集狀態(tài)和燃燒熱；
（2）先判斷氧化劑、還原劑，然后根據(jù)原電池原理判斷正負(fù)極上反應(yīng)的物質(zhì)，結(jié)合電解質(zhì)溶液寫出電極反應(yīng)式；
（3）依據(jù)電源判斷X為電解池的陽極，Y為電解池的陰極；
①陰極是溶液中的氫離子得到電子生成氫氣，溶液中水的電離被破壞，生成了氫氧根離子顯堿性，遇酚酞變紅；
②根據(jù)甲烷燃料電池的電極反應(yīng)和電解氯化鈉的電極反應(yīng)，依據(jù)電子守恒計(jì)算得到；電極上的電子轉(zhuǎn)移守恒；
③依據(jù)電解氯化鈉溶液生成了氫氣、氯氣和氫氧化鈉，恢復(fù)原溶液濃度需要加入氫氣和氯氣組成的含氯化氫的鹽酸溶液；

解答： 解：（1）CH₄ 是一種清潔、高效、具有優(yōu)良的環(huán)保性能的燃料，其燃燒熱為890.3KJ?mol^-1，熱化學(xué)方程式為：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3KJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3KJ/mol；
（2）負(fù)極上的電極反應(yīng)式等于電池的總反應(yīng)式-正極發(fā)生的電極方程式；以甲烷、空氣、氫氧化鉀溶液為原料，惰性電極可構(gòu)成燃料電池，正極反應(yīng)為：3O₂+12H₂O+12e^-=12OH^-，總反應(yīng)式為：CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O，兩式相減，負(fù)極反應(yīng)為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
（3）燃料電池為電源，以石墨為電極電解500ml滴有酚酞的NaCl溶液，X為電解池的陽極，Y為電解池的陰極；
①陰極是溶液中的氫離子得到電子生成氫氣，溶液中水的電離被破壞，生成了氫氧根離子顯堿性，遇酚酞變紅；電解過程中陰極附近觀察到的現(xiàn)象是，陰極附近變紅；
故答案為：陰極附近變紅；
②甲烷燃料電池的正極消耗氧氣，燃料電池消耗2.8L O₂物質(zhì)的量=

2.8L

22.4L/mol

=0.125mol；正極反應(yīng)為：3O₂+12H₂O+12e^-=12OH^-，計(jì)算得到電子轉(zhuǎn)移為0.5mol；電極上的電子守恒得到在Y極通過的電子的物質(zhì)的量為0.5mol；
故答案為：0.5mol；
③電解氯化鈉溶液生成了氫氣、氯氣和氫氧化鈉，恢復(fù)原溶液濃度需要加入氫氣和氯氣組成的含氯化氫的鹽酸溶液；
故答案為：氯化氫氣體；

點(diǎn)評(píng)：本題考查學(xué)生蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱的知識(shí)，燃燒熱的概念應(yīng)用，原電池的電極反應(yīng)書寫，電解池的計(jì)算應(yīng)用，關(guān)鍵是電解過程中電子守恒是計(jì)算的依據(jù)，題目難度中等，