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890.31kJ，則CH4燃燒的熱化學方程式為_____________，

（2）已知：C（s）+O2（g）═CO2（g）；△H=﹣437.3 kJmol﹣1

H2（g）+O2（g）═H2O（g）；△H=﹣285.8 kJmol﹣1

CO（g）+O2（g）═CO2（g）；△H=﹣283.0 kJmol﹣1

則煤氣化反應C（s）+H2O（g）═CO（g）+H2（g） 的焓變△H=__________kJmol﹣1；

（3）如圖所示組成閉合回路，其中，甲裝置中CH4為負極，O2和CO2的混合氣體為正極，稀土金屬材料為電極，以熔融碳酸鹽為電解質；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200mL．

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112mL（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Na2SO3溶液，當陰極上有a mol氣體生成時，同時有w g Na2SO410H2O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】 CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-890.3kJ/mol 131.5 CH4 O2+4e-+2CO2=2CO32- 4OH--4e-=O2+2H2O 56 1

【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，

（2）已知：C（s）+O2（g）═CO2（g）；△H=﹣437.3 kJmol﹣1

H2（g）+O2（g）═H2O（g）；△H=﹣285.8 kJmol﹣1

CO（g）+O2（g）═CO2（g）；△H=﹣283.0 kJmol﹣1

依據蓋斯定律①﹣②﹣③，得：C（s）+H2O（g）═CO（g）+H2（g）△H=+131.5kJmol﹣1，

（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﹣，

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）==0.005mol，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積=×22.4L/mol=56mL；

電池反應式為2Cu2++2H2O="4" H++O2↑+2Cu，根據方程式知，n（ H+）=4n（O2）=4×0.005mol=0.02mol，c（H+）==0.1mol/L，則溶液的pH=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=18a" g，

剩余溶液仍然是飽和溶液，生成m（Na2SO4）=wg×，

溶液質量分數=×100%=×100%，