Question

【題目】天然氣和可燃冰（mCH4·nH2O）既是高效潔凈的能源，也是重要的化工原料。

（1）甲烷分子的空間構型為 ，可燃冰（mCH4·nH2O）屬于 晶體。

（2）已知25 ℃、101 kPa 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ΔH＝ kJ/mol

（3）甲烷高溫分解生成氫氣和碳。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）用甲烷空氣堿性（KOH溶液)燃料電池作電源，電解CuCl2溶液。裝置如圖所示：

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空氣在標準狀況下的體積是 L（空氣中O2體積分數約為20%）。

Answer 1

【答案】（1）正四面體 ；分子

（2）－890.24

（3）提供甲烷分解所需的能量

（4）①負極 ；②2Cl－－2e－=Cl2↑； ③2.8

【解析】

試題分析：（1）甲烷是正四面體型分子，可燃冰的熔沸點較低，屬于分子晶體。

（2）1 g甲烷完全燃燒生成液態水放出55.64 kJ熱量，則1mol甲烷完全燃燒生成液態水放出熱量為55.64kJ×16=890.24，則該條件下反應CH4（g)＋2O2 （g)＝CO2 （g)＋2H2O （l)的ΔH＝890.24kJ/mol。

（3）甲烷高溫分解生成氫氣和碳是吸熱反應，則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，其目的是提供甲烷分解所需的能量。

（4）①甲烷、空氣燃料電池中，甲烷在負極失電子發生氧化反應，則a電極是負極，氧氣在正極得電子發生還原反應，b電極是正極；

②根據上述分析，b電極是正極，則c電極與電源的正極相連，c電極是陽極，溶液中的氯離子在陽極放電生成氯氣，電極反應為2Cl－－2e－=Cl2↑；

③根據電極反應，陰極：Cu2++2e-=Cu，正極:O2+4e-+2H2O=4OH-，因為各個電極放電量相等，則Cu與氧氣的關系式為2Cu—O2，3.2g銅的物質的量為0.05mol，則需要氧氣0.025mol，空氣中O2體積分數約為20%，所以通入空氣的體積為0.025mol×5×22.4L/mol=2.8L。