Question

【題目】CH4、NH3、H2O、HF是第二周期的氫化物，也是生產生活中的重要物質。

(1)在25 ℃、101 kPa時，16 g CH4完全燃燒生成液態水時放出的熱量是890.31 kJ，則CH4的燃燒熱為________________。

(2) NH3和H2O中穩定性較高的是:___________，NH3和PH3中沸點較高的是:__________。

(3)如圖所示組成閉合回路，其中，甲裝置是由CH4、O2和CO2為反應物，稀土金屬材料為電極，以熔融碳酸鹽為電解質形成的原電池；乙裝置中a、b為石墨，b極上有紅色物質析出，CuSO4溶液的體積為200 mL。

①裝置中氣體A為________(填“CH4”或“O2和CO2”)，d極上的電極反應式為_______________________________________。

②乙裝置中a極上的電極反應式為___________________。

若在a極產生112 mL(標準狀況)氣體，則甲裝置中消耗CH4________mL(標準狀況)，乙裝置中所得溶液的pH＝________(忽略電解前后溶液體積變化)。

Answer 1

【答案】ΔH＝－890.31 kJ·mol－1 H2O NH3 CH4 O2＋4e－＋2CO2===2CO32- 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 56 1

【解析】

（1）根據熱化學方程式的書寫方法進行書寫；

（2）根據元素周期律以及氫鍵的原理進行分析；

（3）①根據電解池中b極析出銅，說明b為陰極，則c為負極，d為正極，電池中陰離子向負極移動，燃料電池中正極上氧氣得電子生成碳酸根離子；

②a為陽極，陽極上氫氧根離子失電子生成氧氣，根據串聯電路中轉移的電子守恒分析計算。

（1）16g甲烷的物質的量是1mol，16gCH4完全燃燒生成液態水時放出的熱量是890.31kJ，即1molCH4完全燃燒生成液態水時放出的熱量是890.31kJ，所以甲烷的燃燒熱化學方程式為CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）ΔH＝－890.31 kJ·mol－1，故答案為：ΔH＝－890.31 kJ·mol－1 。

（2）元素的非金屬性越強，其氫化物的穩定性越強，非金屬性O＞N，則氫化物的穩定性，NH3＜H2O；結構相似時，相對分子質量越大，分子間作用力越大，但氨氣分子間還存在氫鍵，則NH3的沸點高于PH3；故答案為：H2O ，NH3。

（3）①b電極上有紅色物質生成，則b是陰極，所以a是陽極，c是負極、d是正極，通入甲烷的電極是負極，所以A是CH4、B是二氧化碳和氧氣，d電極上氧氣得電子和二氧化碳反應生成碳酸根離子，電極反應式為：O2＋4e－＋2CO2===2CO32-，故答案為：CH4 ，O2＋4e－＋2CO2===2CO32-。

②a是陽極，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，電極反應式為4OH－－4e－===O2↑＋2H2O， a極上生成n（O2）=0.112L÷22.4L/mol=0.005mol，生成0.005mol氧氣轉移電子物質的量=0.005mol×4=0.02mol，根據轉移電子相等計算消耗甲烷體=0.02mol/8×22.4L/mol=56mL；
電池反應式為2Cu2++2H2O=4H++O2↑+2Cu，根據方程式知，n（H+）=4n（O2）=4×0.005mol=0.02mol，c（H+）=0.02mol/0.2L=0.1mol/L，則溶液的pH=1，

故答案為：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，56 ，1。