Question

（12分）天然气(主要成分甲烷)是一种清洁、高效的能源，现在许多城市家庭用于厨房使用的燃料已经由煤气(主要成分是H₂和CO按体积比1︰1混合的气体混合物)换成了天然气；此外天然气也是很好的燃料电池的燃料，甲烷在燃料电池中的能量转换率可达到85%—90%。请回答下列问题：

⑴已知H₂、CO和CH₄的燃烧热分别是286kJ/mol、283 kJ/mol和890 kJ/mol，则反应2CH₄(g)+3O₂(g)=CO(g)+H₂(g)+CO₂(g)+3H₂O(l)的反应热△H=                      。

⑵以甲烷、空气为反应物，KOH溶液作电解质溶液构成燃料电池，则负极反应式为：                                      。随着反应的不断进行溶液的pH       (填“增大”“减小”或“不变”)。

⑶如果以该燃料电池为电源、石墨作两极电解饱和食盐水，则该电解过程中阳极反应式为：                        ；如果电解一段时间后NaCl溶液的体积为1L，溶液的pH为12，则理论上消耗甲烷在标准状况下的体积为：        mL。

⑷将⑶中电解结束后的溶液取出，向其中加入含有Mg²⁺和Fe²⁺的溶液甲，Mg(OH)₂和Fe(OH)₂同时生成，已知Mg(OH)₂和Fe(OH)₂在该温度下的溶度积常数分别是2×10^—11和8×10^—16，则甲溶液中Mg²⁺和Fe²⁺的浓度比为：              。

 

Answer 1

【答案】

（共12分）⑴—1211kJ/mol ( 2分)

⑵CH₄+10OH^——8e^—=CO₃^2—+7H₂O (2分)    减小(2分)

⑶2Cl^——2e^—=Cl₂↑ (2分)       28 (2分)        

⑷25000︰1 (2分)

【解析】

试题分析：

⑴已知H₂、CO和CH₄的燃烧热分别是286kJ/mol、283 kJ/mol和890 kJ/mol，则① H₂(g)+1/2 O₂(g) = H₂O(l) △H="286kJ/mol" ，② CO+1/2 O₂(g) = CO₂(g) △H="283" kJ/mol，③ CH₄(g)+2O₂(g)= CO₂(g)+2H₂O(l)△H="890" kJ/mol，反应2CH₄(g)+3O₂(g)=CO(g)+H₂(g)+CO₂(g)+3H₂O(l)即2·③-（①+②），反应热 △H=—1211kJ/mol；

⑵负极反应为甲烷在碱性条件下失去电子即CH₄+10OH^——8e^—=CO₃^2—+7H₂O，随着反应的不断进行， OH^—的物质的量不断减少，溶液的pH减小；

⑶该电解过程中阳极Cl^—失去电子发生氧化反应，即2Cl^——2e^—=Cl₂↑；因为CH₄+10OH^——8e^—=CO₃^2—+7H₂O ~8e^—，2NaCl + 2H₂O 2NaOH + H₂↑ + Cl₂↑~2e^—，则CH₄~8e^—~8NaOH溶液的体积为1L， pH为12，则NaOH物质的量为0.01mol，所以则理论上消耗甲烷在标准状况下的体积为0.01mol/8·22.4L·10^-3="28" mL；

⑷由Mg(OH)₂ 和Fe(OH)₂的溶解方程式和该温度下的溶度积常数可知，①[Mg²⁺][OH^-]²=2×10^—11, ②[ Fe²⁺][OH^-]²=8×10^—16，Mg²⁺和Fe²⁺的浓度比为①/②=25000︰1

考点：原电池和电解原理；反应热的计算；溶解平衡

点评：本题综合性比较强，主要考查原电池和电解原理；反应热的计算；溶解平衡，需要考生熟悉掌握。