Question

17．碳和硫的化合物在生产和生活中的应用非常广泛，清洁能源的开发、煤的综合利用等是实验“低碳生活”、减少空气污染的重要途径，试运用所学知识，回答下列问题：
（1）甲烷是一种重要的清洁燃料，甲烷燃烧放出大量的热，可直接作为能源用人类生成和生活．
已知：
①2CH₄（g）+3O₂（g）═2CO（g）+4H₂O（l）△H₁=-1214kJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566kJ•mol^-1
则表示甲烷燃烧热的热化学方程式为CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890KJ/mol；
请从化学反应的本质解释甲烷燃烧放出热量的原因：反应中形成新键时放出的能量大于断裂旧键时吸收的能量．
（2）在甲烷燃料电池中，甲烷的化学能利用率大大提高．如图1是甲烷燃料电池原理示意图，回答下列问题：
①电池的负极是a（天“a”或“b”）
②电池工作一段时间后电解质溶液的pH减小（填“增大”“减小”或“不变”）
（3）治理含二氧化硫的气体可利用原电池原理，用SO₂和O₂来制备硫酸，装置如图2，电极为多孔的材料，能吸附气体，同时也能使气体与电解质溶液充分接触．B极的电极反应式为SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺．

Answer 1

分析 （1）燃烧热是指1mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，此时生成的水必须为液态，利用盖斯定律来分析；化学反应的实质是旧键的断裂和新键的生成；
（2）①燃料电池中，通入燃料的电极是负极，；
②根据电池反应式确定溶液pH变化．
（3）本题为SO₂与O₂反应生成SO₃，SO₃再与水化合生成硫酸，根据硫酸的出口判断正负极，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，原电池放电时，电解质溶液中阳离子向正极移动．

解答 解：（1）燃烧热是指1mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，此时生成的水必须为液态，已知：
①2CH₄（g）+3O₂（g）═2CO（g）+4H₂O（l）△H₁=-1214kJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566kJ•mol^-1
根据盖斯定律，将$\frac{①+②}{2}$可得：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=$\frac{（-1214KJ/mol）+（-566KJ/mol）}{2}$=-890KJ/mol，即甲烷的热化学方程式为：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890KJ/mol；
化学反应的实质是旧键的断裂和新键的生成，旧键的断裂吸收能量，新键的形成放出能量，反应放热是因为形成新键时放出的能量大于断裂旧键时吸收的能量，故答案为：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890KJ/mol；反应中形成新键时放出的能量大于断裂旧键时吸收的能量；
（2）①燃料电池中，通入燃料的电极是负极，故答案为：a；
②在碱性溶液中，甲烷燃料电池的总反应式为CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O，溶液中氢氧根离子被消耗，导致溶液的pH减小，故答案为：减小．
（3）该原电池中，负极上失电子被氧化，所以负极上投放的气体是二氧化硫，二氧化硫失电子和水反应生成硫酸根离子和氢离子，正极上投放的气体是氧气，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，根据硫酸和水的出口方向知，B极是负极，A极是正极，所以B极上的电极反应式为：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，
故答案为：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；

点评 本题考查热化学反应方程式的书写、原电池原理，注意原电池放电时，电解质溶液pH的变化情况，为易错点．