Question

新型高效的甲烷燃料電池采用鉑為電極材料，兩電極上分別通入 CH₄和 O₂，電解質(zhì)為 KOH 溶液．某研究小組將甲烷燃料電 池作為電源進行氯化鎂溶液龜解實驗，電解裝置如圖所示．
請回答下列問題：
（1）甲烷燃料電池負極的電極反應式為：

 

．
（2）閉合開關(guān) K 后，a、b 電極上均有氣體產(chǎn)生，
其中 a 電極上的氣體可用

 

 檢驗，b 電極上得到的氣體是

 

，電解氯化鎂溶液的離子方程式為

 

（3）若甲烷通入量為 1.12L（標準狀況），且反應完全，則理論上通過電解池的電子的物質(zhì)的量為

 

，產(chǎn)生的氯氣體積為

 

L（標準狀況）．
（4）已知常溫常壓下，0.25molCH₄完全燃燒生成 CO₂和 H₂O 時，放出 222.5kJ 熱量，請寫出 CH₄燃燒熱的熱化學方程式

 

．
（5）已知：①C（石墨）+O₂（g）=CO₂（g）△H₁=-393.5kJ/mol
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（I）△H₂=-571.6kJ/mol
③2C₂H₂（g）+5O₂（g）═4CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-2599kJ/mol
計算：C（石墨）與H₂（g）反應生成1molC₂H₂（g）的△H=

 

．

Answer 1

考點：原電池和電解池的工作原理,熱化學方程式

專題：電化學專題

分析：（1）甲烷燃料電池中，負極上甲烷失電子發(fā)生氧化反應；
（2）閉合K開關(guān)后，a是陽極，b是陰極，陽極上氯離子放電，用濕潤的淀粉碘化鉀試紙檢驗氯氣，陰極上氫離子放電，同時溶液中生成氫氧化鎂；
（3）根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒計算；
（4）依據(jù)熱化學方程式書寫方法，標注物質(zhì)聚集狀態(tài)和反應焓變，通過題干條件計算對應物質(zhì)燃燒反應放出的熱量；
（5）利用蓋斯定律結(jié)合已知熱化學方程式計算反應熱．

解答： 解：（1）甲烷燃料電池中，負極上甲烷失電子發(fā)生氧化反應，電極反應式為：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O，故答案為：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O；
（2）閉合K開關(guān)后，a是陽極，b是陰極，a極上氯離子放電生成氯氣，氯氣具有氧化性能使?jié)駶櫟牡矸鄣饣�鉀試紙變藍色，陰極上氫離子放電，同時溶液中生成氫氧化鎂沉淀，所以電池反應的離子方程式為：Mg²⁺+2Cl^-+2H₂O

電解  .

Mg（OH）₂↓+H₂↑+Cl₂↑，
故答案為：濕潤的淀粉碘化鉀試紙；氫氣；Mg²⁺+2Cl^-+2H₂O

電解  .

Mg（OH）₂↓+H₂↑+Cl₂↑；
（3）若甲烷通入量為 1.12L（標準狀況），則甲烷的物質(zhì)的量為

1.12L

22.4L/mol

=0.05mol，由CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O，得轉(zhuǎn)移電子為0.4mol；
根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒得氯氣的體積=0.4mol×

1

2

×22.4L/mol=4.48L，
故答案為：0.4mol；4.48L；
（4）0.25mol CH₄完全燃燒生成CO₂和液態(tài)H₂O時，放出222.5kJ熱量，1mol甲烷燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水放熱890kJ，反應的熱化學方程式為：
CH₄（g）+2O₂（g）→CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890kJ/mol；
故答案為：CH₄（g）+2O₂（g）→CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890kJ/mol；
（5）已知：①C（石墨）+O₂（g）=CO₂（g）△H₁=-393.5kJ/mol
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（I）△H₂=-571.6kJ/mol
③2C₂H₂（g）+5O₂（g）═4CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-2599kJ/mol
2C （s，石墨）+H₂（g）=C₂H₂（g）的反應可以根據(jù)①×2+②×

1

2

-③×

1

2

得到，
則△H=2×（-393.5kJ?mol^-1）+（-571.6kJ?mol^-1）×

1

2

-（-2599kJ?mol^-1）×

1

2

=+226.7kJ?mol^-1，
故答案為：+226.7kJ?mol^-1．

點評：本題考查了原電池原理的應用、蓋斯定律的應用等方面的知識，注意教材知識的靈活應用是解題關(guān)鍵，難度中等．