Question

CH₄ 是一種清潔、高效、具有優良的環保性能的燃料，其燃燒熱為890.3KJ?mol^-1．它可以作為燃料電池的燃料．
（1）寫出甲烷燃燒的熱化學方程式：______；
（2）已知H₂（g）和C（s）的燃燒熱分別是285.8KJ?mol^-1、393.5KJ?mol^-1；則反應C（s）+2H₂（g）=CH₄（g）的反應熱△H=______；
（3）以甲烷、空氣、氫氧化鉀溶液為原料，惰性電極為電極可以構成燃料電池．該電池的負極反應式為：______；
（4）用（3）中的燃料電池為電源，以石墨為電極電解500ml滴有酚酞的NaCl溶液，裝置如圖所示：
①請寫出電解過程中陰極附近觀察到的現象：______．
②到燃料電池消耗2.8L O₂（標準狀況下）時，計算此時NaCl溶液的pH=______（假設溶液的體積不變，氣體全部從溶液中逸出）．在Y極通過的電子的物質的量為：______．
③電解之后，要使溶液恢復原狀，應該向溶液中加入物質______（填名稱）．溶液中Cl^-流向______極（填“X”或“Y”）．

Answer 1

（1）CH₄ 是一種清潔、高效、具有優良的環保性能的燃料，其燃燒熱為890.3KJ?mol^-1，熱化學方程式為：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3KJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3KJ/mol；
（2）25℃、101kPa下，H₂（g）、C（s）的燃燒熱分別是285.8kJ?mol^-1、393.5kJ?mol^-1；
則①H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ?mol^-1；
②C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ?mol^-1；
③CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3KJ/mol；
依據蓋斯定律，①×2+②-③得到：C（_S）+2H₂（g）=CH₄（g）△H=-74.8KJ/mol；
故答案為：-74.8KJ/mol；
（3）負極上的電極反應式等于電池的總反應式-正極發生的電極方程式；以甲烷、空氣、氫氧化鉀溶液為原料，惰性電極可構成燃料電池，正極反應為：3O₂+12H₂O+12e^-=12OH^-，總反應式為：CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O，兩式相減，負極反應為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
（4）燃料電池為電源，以石墨為電極電解500ml滴有酚酞的NaCl溶液，X為電解池的陽極，Y為電解池的陰極；
①陰極是溶液中的氫離子得到電子生成氫氣，溶液中水的電離被破壞，生成了氫氧根離子顯堿性，遇酚酞變紅；電解過程中陰極附近觀察到的現象是，陰極附近變紅；
故答案為：陰極附近變紅；
②甲烷燃料電池的正極消耗氧氣，燃料電池消耗2.8L O₂物質的量=

2.8L

22.4L/mol

=0.125mol；正極反應為：3O₂+12H₂O+12e^-=12OH^-，計算得到電子轉移為0.5mol；電解氯化鈉溶液陰極電極反應為：2H⁺+2e^-=H₂↑，根據水電離出的氫氧根離子和氫離子守恒，溶液中減少的氫離子和增加的氫氧根離子相同，計算得到生成氫氧根離子物質的量為0.5mol，C（OH^-）=

0.5mol

0.5L

=1mol/L；所以溶液PH=14；電極上的電子守恒得到在Y極通過的電子的物質的量為0.5mol；
故答案為：14； 0.5mol；
③電解氯化鈉溶液生成了氫氣、氯氣和氫氧化鈉，恢復原溶液濃度需要加入氫氣和氯氣組成的含氯化氫的鹽酸溶液；電解過程中陰離子移向陽極；故答案為：鹽酸；陽．