Question

【题目】能源是国民经济发展的重要基础，我国目前使用的能源主要是化石燃料。

（1）在25℃、101kPa时，16gCH4完全燃烧生成液态水时放出的热量是890.3kJ，则CH4燃烧的热化学方程式为_____________________。

（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

则煤气化反应C(s)+H2O(g)＝CO(g)+H2(g) 的焓变H=_______kJ·mol﹣1。

（3）如图所示组成闭合回路，其中甲装置中CH4为负极，O2为正极，稀土金属材料为电极，以KOH溶液为电解质；乙装置中a、b为石墨，b极上有红色物质析出，CuSO4溶液的体积为400mL。

①装置中气体A为_____（填“CH4”或“O2和CO2”），d极上的电极反应式为________。

②乙装置中a极上的电极反应式为_____________。若在a极产生224mL（标准状况）气体，则甲装置中消耗CH4____mL（标准状况），乙装置中所得溶液的pH=___。（忽略电解前后溶液体秋变化）

③如果乙中电极不变，将溶液换成饱和Na2SO4溶液，当阴极上有a mol气体生成时，同时有w g Na2SO4·10H2O晶体析出，若温度不变，剩余溶液中溶质的质量分数应为_____（用含w、a的表达式表示，不必化简）。

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在氧气中燃烧生成CO2和液态水，放出889kJ热量，则热化学方程式为：CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.31kJ/mol，故答案为：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，依据盖斯定律①-②-③，得到：C(s)+H2O(g)═CO(g)+H2(g) n△H=+131.5kJmol-1，故答案为：+131.5；

(3)①b电极上有红色物质生成，则b是阴极，所以a是阳极，c是负极、d是正极，通入甲烷的电极是负极，所以A是CH4、B是二氧化碳和氧气，d电极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子，电极反应式为O2+4e-+2CO2=2CO32-，故答案为：CH4；O2+4e-+2CO2=2CO32-；

②a是阳极，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，电极反应式为4OH--4e-=O2↑+2H2O；a极上生成n(O2)= =0.01mol，生成0.01mol氧气转移电子物质的量=0.01mol×4=0.04mol，根据转移电子相等计算消耗甲烷体积=×22.4L/mol=112mL；电池反应式为2Cu2++2H2O=4kH++O2↑+2Cu，根据方程式知，n(kH+)=4n(O2)=4×0.01mol=0.04mol，c(H+)==0.1mol/L，则溶液的pH=1，故答案为：4OH--4e-=O2↑+2H2O；112；1；

③电解饱和硫酸钠溶液时，阳极上析出氧气、阴极上析出氢气，所以相当于电解水，且生成氢气和氧气的物质的量之比是2：1，所以当阴极上有a mol气体生成时，阳极上生成氧气物质的量为0.5amol，电解水的质量=amol×2g/mol+0.5amol×32g/mol=18ag，剩余溶液仍然是饱和溶液，生成m(Na2SO4)=wg×，溶液质量分数=×100%=×100%，故答案为： ×100%。