Question

【題目】能源是國民經濟發展的重要基礎，我國目前使用的能源主要是化石燃料。

（1）在25℃、101kPa時，16gCH4完全燃燒生成液態水時放出的熱量是890.3kJ，則CH4燃燒的熱化學方程式為_____________________。

（2）已知：C(s)+O2(g)＝CO2(g)；H=﹣437.3 kJ·mol﹣1

H2（g）+O2（g）═H2O（g）；H=﹣285.8 kJ·mol﹣1

CO（g）+O2（g）═CO2（g）；H=﹣283.0 kJ·mol﹣1

則煤氣化反應C(s)+H2O(g)＝CO(g)+H2(g) 的焓變H=_______kJ·mol﹣1。

（3）如圖所示組成閉合回路，其中甲裝置中CH4為負極，O2為正極，稀土金屬材料為電極，以KOH溶液為電解質；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400mL。

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224mL（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秋變化）

③如果乙中電極不變，將溶液換成飽和Na2SO4溶液，當陰極上有a mol氣體生成時，同時有w g Na2SO4·10H2O晶體析出，若溫度不變，剩余溶液中溶質的質量分數應為_____（用含w、a的表達式表示，不必化簡）。

Answer 1

【答案】 （1）CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l) H=﹣890.3kJ·mol﹣1 （2）+131.5 （3）CH4 （4）O2+4e﹣+2CO2=2CO32﹣ （5）4OH﹣﹣4e﹣=O2↑+2H2O （6）112 （7）1 （8）×100%（2分）

【解析】(1)16g即1molCH4在氧氣中燃燒生成CO2和液態水，放出889kJ熱量，則熱化學方程式為：CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.31kJ/mol，故答案為：CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.31kJ/mol；

(2)①C(s)+O2(g)═CO2(g)△H1=-437.3kJmol-1，②H2(g)+ O2(g)═H2O(g)△H3=-285.8kJmol-1，③CO(g)+ O2(g)═CO2(g)△H=-283.0kJmol-1，依據蓋斯定律①-②-③，得到：C(s)+H2O(g)═CO(g)+H2(g) n△H=+131.5kJmol-1，故答案為：+131.5；

(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)= =0.01mol，生成0.01mol氧氣轉移電子物質的量=0.01mol×4=0.04mol，根據轉移電子相等計算消耗甲烷體積=×22.4L/mol=112mL；電池反應式為2Cu2++2H2O=4kH++O2↑+2Cu，根據方程式知，n(kH+)=4n(O2)=4×0.01mol=0.04mol，c(H+)==0.1mol/L，則溶液的pH=1，故答案為：4OH--4e-=O2↑+2H2O；112；1；

③電解飽和硫酸鈉溶液時，陽極上析出氧氣、陰極上析出氫氣，所以相當于電解水，且生成氫氣和氧氣的物質的量之比是2：1，所以當陰極上有a mol氣體生成時，陽極上生成氧氣物質的量為0.5amol，電解水的質量=amol×2g/mol+0.5amol×32g/mol=18ag，剩余溶液仍然是飽和溶液，生成m(Na2SO4)=wg×，溶液質量分數=×100%=×100%，故答案為： ×100%。