Question

17．碳和硫的化合物在生產和生活中的應用非常廣泛，清潔能源的開發、煤的綜合利用等是實驗“低碳生活”、減少空氣污染的重要途徑，試運用所學知識，回答下列問題：
（1）甲烷是一種重要的清潔燃料，甲烷燃燒放出大量的熱，可直接作為能源用人類生成和生活．
已知：
①2CH₄（g）+3O₂（g）═2CO（g）+4H₂O（l）△H₁=-1214kJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566kJ•mol^-1
則表示甲烷燃燒熱的熱化學方程式為CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890KJ/mol；
請從化學反應的本質解釋甲烷燃燒放出熱量的原因：反應中形成新鍵時放出的能量大于斷裂舊鍵時吸收的能量．
（2）在甲烷燃料電池中，甲烷的化學能利用率大大提高．如圖1是甲烷燃料電池原理示意圖，回答下列問題：
①電池的負極是a（天“a”或“b”）
②電池工作一段時間后電解質溶液的pH減小（填“增大”“減小”或“不變”）
（3）治理含二氧化硫的氣體可利用原電池原理，用SO₂和O₂來制備硫酸，裝置如圖2，電極為多孔的材料，能吸附氣體，同時也能使氣體與電解質溶液充分接觸．B極的電極反應式為SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺．

Answer 1

分析 （1）燃燒熱是指1mol可燃物完全燃燒生成穩定的氧化物時所放出的熱量，此時生成的水必須為液態，利用蓋斯定律來分析；化學反應的實質是舊鍵的斷裂和新鍵的生成；
（2）①燃料電池中，通入燃料的電極是負極，；
②根據電池反應式確定溶液pH變化．
（3）本題為SO₂與O₂反應生成SO₃，SO₃再與水化合生成硫酸，根據硫酸的出口判斷正負極，負極發生氧化反應，正極發生還原反應，原電池放電時，電解質溶液中陽離子向正極移動．

解答 解：（1）燃燒熱是指1mol可燃物完全燃燒生成穩定的氧化物時所放出的熱量，此時生成的水必須為液態，已知：
①2CH₄（g）+3O₂（g）═2CO（g）+4H₂O（l）△H₁=-1214kJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566kJ•mol^-1
根據蓋斯定律，將$\frac{①+②}{2}$可得：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=$\frac{（-1214KJ/mol）+（-566KJ/mol）}{2}$=-890KJ/mol，即甲烷的熱化學方程式為：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890KJ/mol；
化學反應的實質是舊鍵的斷裂和新鍵的生成，舊鍵的斷裂吸收能量，新鍵的形成放出能量，反應放熱是因為形成新鍵時放出的能量大于斷裂舊鍵時吸收的能量，故答案為：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890KJ/mol；反應中形成新鍵時放出的能量大于斷裂舊鍵時吸收的能量；
（2）①燃料電池中，通入燃料的電極是負極，故答案為：a；
②在堿性溶液中，甲烷燃料電池的總反應式為CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O，溶液中氫氧根離子被消耗，導致溶液的pH減小，故答案為：減小．
（3）該原電池中，負極上失電子被氧化，所以負極上投放的氣體是二氧化硫，二氧化硫失電子和水反應生成硫酸根離子和氫離子，正極上投放的氣體是氧氣，正極上氧氣得電子和氫離子反應生成水，根據硫酸和水的出口方向知，B極是負極，A極是正極，所以B極上的電極反應式為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；

點評 本題考查熱化學反應方程式的書寫、原電池原理，注意原電池放電時，電解質溶液pH的變化情況，為易錯點．