Question

已知CH₄、H₂、和CO的燃烧热（△H）分别为-890.3kJ?mol^-1、-285.8kJ?mol^-1和-283.0kJ?mol^-1．
（1）用铂电极电解稀硫酸溶液，当阳极产生2.24L（标准状况）气体时需消耗的能量是（假设能量的利用率为80%）______．
（2）工业上利用天然气（主要成分为CH₄）与CO₂进行高温重整制备CO（另一产物为H₂），写出该反应的热化学方程式______；
（3）甲烷燃料电池是利用燃料甲烷跟氧气或空气反应，将化学能转化成电能的装置，电解质是强碱溶液．在甲烷燃料电池中：负极反应为______，放电时溶液中的阴离子向______极移动；随放电的进行，溶液的pH______（选填“增大”、“减小”或“不变”）．若用该燃料电池电解氯化铜溶液，当消耗甲烷5.6L（标准状况）时，可生成铜的质量为（假设能量的利用率为100%）______．

Answer 1

【答案】分析：（1）用铂电极电解稀硫酸溶液，阳极生成O₂，n（O₂）==0.1mol，根据热化学方程式2H₂O（l）=O₂（g）+2H₂（g）△H=+571.6kJ?mol ^-1计算消耗的能量；
（2）根据CH₄、H₂、和CO的燃烧热分别写出燃烧的热化学方程式，利用盖斯定律书写该反应的热化学方程式；
（3）在甲烷燃料电池中负极甲烷发生氧化反应生成CO₃^2-和H₂O，根据电极方程式判断pH的变化，并计算铜的质量．
解答：解：（1）用铂电极电解稀硫酸溶液，阳极生成O₂，n（O₂）==0.1mol，由氢气的燃烧热可知2H₂O（l）=O₂（g）+2H₂（g）△H=+571.6kJ?mol ^-1，则生成0.1mol需要O₂吸收0.1mol×571.6kJ?mol ^-1=57.16kJ，由于能量的利用率为80%，则实际应吸收=71.5kJ，故答案为：71.5kJ；
（2）根据CH₄、H₂、和CO的燃烧热分别写出燃烧的热化学方程式：
①O₂（g）+2H₂（g）=2H₂O（L）△H=-571.6kJ?mol ^-1；
②CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（L）△H=-890.3kJ?mol^-1；
③2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.03kJ?mol^-1，
利用盖斯定律将②-①-③可得：CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）；△H=+247.3 kJ?mol ^-1，
故答案为：CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）；△H=+247.3 kJ?mol ^-1；
（3）在甲烷燃料电池中负极甲烷发生氧化反应生成CO₃^2-和H₂O，负极电极反应式为CH₄+10OH^--8e═CO₃^2-+7H₂O，放电时溶液中的阴离子向负极，总反应式为CH₄+2O₂+2OH^-═CO₃^2-+3H₂O，OH^-浓度降低，则pH减小，当消耗甲烷5.6L（标准状况）时，转移电子的物质的量为×8=2mol，则生成铜1mol，质量为64g，
故答案为：CH₄+10OH^--8e═CO₃^2-+7H₂O；负；减小；64g．
点评：本题考查较为综合，涉及电化学知识以及盖斯定律的应用，题目难度中等，解答本题的关键是能正确书写电极反应式以及总反应式，学习中注意体会盖斯定律的应用．