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)甲烷分子的結構式為_________，空間構型為_______________形。

(2)已知25℃、101kPa 時，1 g甲烷完全燃燒生成液態水放出55.64 kJ熱量，則該條件下反應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。在密閉容器中進行此反應時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)反應所產生的能量直接轉化為電能。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電極的電極反應式為_________________________________。

③假設CuCl2溶液足量，當某電極上析出3.2 g 金屬Cu時，理論上燃料電池消耗的甲烷在標準狀況下的體積是__________L。

Answer 1

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

【解析】

（1）甲烷的分子式為CH4，結構式為，因此甲烷為四面體結構；

（2）1g甲烷完全燃燒生成液態水放出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，因此反應時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，電極反應式為2Cl-－2e-＝Cl2↑；

③假設CuCl2溶液足量，當某電極上析出3.2g金屬Cu時，銅的物質的量是3.2g÷64g/mol＝0.05mol，因此整個電路轉移電子的物質的量為0.05mol×2＝0.1mol，1mol甲烷在反應中失去8mol電子，則消耗甲烷的物質的量為0.1mol÷8＝0.0125mol，在標準狀況下的體積是0.0125mol×22.4L/mol=0.28L。