Question

【題目】溫室效應(yīng)是由于大氣里溫室氣體(二氧化碳、甲烷等)含量增大而形成的。回答下列問(wèn)題：

(1)利用CO2可以制取甲醇，有關(guān)化學(xué)反應(yīng)如下：

①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g ) ΔH1=-178 kJ/mol

②2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH2=-566 kJ/mol

③2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH3=-483.6 kJ/mol

已知反應(yīng)①中相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下：

化學(xué)鍵	C—C	C—H	H—H	C—O	H—O
鍵能/ kJ/mol	348	413	436	358	463

由此計(jì)算斷開(kāi)1 mol CO需要吸收____________kJ的能量（甲醇的球棍模型如圖所示）；

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH=________ kJ/mol。

(2)甲烷燃料電池(簡(jiǎn)稱DMFC)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能量轉(zhuǎn)化率高、對(duì)環(huán)境無(wú)污染，可作為常規(guī)能源的替代品而越來(lái)越受到關(guān)注。DMFC工作原理如下圖所示：通入a氣體的電極是原電池的______極(填“正”或“負(fù)”)，其電極反應(yīng)式為___________________。

(3)下圖是用甲烷燃料電池(電解質(zhì)溶液為KOH溶液)實(shí)現(xiàn)鐵上鍍銅，則b處通入的是______(填“CH4”或“O2”)，電解前，U形管的銅電極、鐵電極的質(zhì)量相等，電解2min后，取出銅電極、鐵電極，洗凈、烘干、稱量,質(zhì)量差為12.8g，在通電過(guò)程中，電路中通過(guò)的電子為_____mol，消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下CH4________mL。

Answer 1

【答案】 750 -219.2 kJ·mol-1 負(fù) CH4 + 2H2O - 8e- CO2 + 8H+ O2 0.2 560

【解析】(1)二氧化碳的結(jié)構(gòu)式為O=C=O，根據(jù)反應(yīng)焓變=反應(yīng)物鍵能之和-生成物鍵能之和計(jì)算，斷開(kāi)1molC═O需要吸收的能量；根據(jù)蓋斯定律求算CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)的反應(yīng)熱；

(2)根據(jù)圖知，交換膜是質(zhì)子交換膜，則電解質(zhì)溶液呈酸性，根據(jù)氫離子移動(dòng)方向知，通入a的電極為負(fù)極、通入b的電極為正極，負(fù)極上甲醇失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)；

(4)電鍍時(shí)，鍍件作電解池的陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，連接電源的負(fù)極；鍍層金屬銅作電解池的陽(yáng)極，連接電源的正極；根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算甲烷的體積。

(1)二氧化碳為直線型結(jié)構(gòu)，分子中存在兩個(gè)碳氧雙鍵，二氧化碳的電子式為；結(jié)構(gòu)式為O=C=O，設(shè)C═O的鍵能為x，①CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-178kJmol-1，反應(yīng)焓變△H=反應(yīng)物鍵能之和-生成物鍵能之和=2x+3×436-(3×413+358+463)-(2×463)=-178kJ，解得x=750kJ，即斷開(kāi)1molC═O需要吸收的能量為750kJ；①CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-178kJmol-1，②2CO(g)+O2(g)═2CO2(g)△H2=-566kJmol-1，③2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H3=-483.6kJmol-1，將①+(②-③)×得：CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)根據(jù)蓋斯定律可得△H=(-178kJmol-1)+[(-566kJmol-1)-(-483.6kJmol-1)]×=-219.2kJmol-1，故答案為：750；-219.2kJmol-1；

(2)根據(jù)圖知，交換膜是質(zhì)子交換膜，則電解質(zhì)溶液呈酸性，根據(jù)氫離子移動(dòng)方向知，通入a氣體的電極為負(fù)極、通入b氣體的電極為正極，負(fù)極上甲烷失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極反應(yīng)式為 CH4 + 2H2O - 8e- =CO2 + 8H+，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O2+4e-+4H+=2H2O，故答案為：負(fù)；CH4 + 2H2O - 8e- =CO2 + 8H+；

(3)甲烷堿性燃料電池為電源，總電極反應(yīng)式為CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，電鍍時(shí)，鍍件鐵作電解池的陰極，連接甲烷燃料電源的負(fù)極，所以a應(yīng)通入CH4；鍍層金屬作電解池的陽(yáng)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，連接甲烷燃料電源的正極，所以b應(yīng)通入O2；所以甲烷堿性燃料電池a處電極上CH4放電，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式是CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O，銅、鐵電極質(zhì)量差為12.8g，說(shuō)明析出了6.4g銅，物質(zhì)的量為=0.1mol，電路中通過(guò)的電子為0.2mol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒8n(CH4)=2n(Cu)=0.2mol，所以n(CH4)=mol，所以v(CH4)=mol×22.4L/mol=0.56L=560 mL，故答案為：O2；0.2；560。