Question

（12分）天然氣(主要成分甲烷)是一種清潔、高效的能源，現在許多城市家庭用于廚房使用的燃料已經由煤氣(主要成分是H₂和CO按體積比1︰1混合的氣體混合物)換成了天然氣；此外天然氣也是很好的燃料電池的燃料，甲烷在燃料電池中的能量轉換率可達到85%—90%。請回答下列問題：

⑴已知H₂、CO和CH₄的燃燒熱分別是286kJ/mol、283 kJ/mol和890 kJ/mol，則反應2CH₄(g)+3O₂(g)=CO(g)+H₂(g)+CO₂(g)+3H₂O(l)的反應熱△H=                      。

⑵以甲烷、空氣為反應物，KOH溶液作電解質溶液構成燃料電池，則負極反應式為：                                      。隨著反應的不斷進行溶液的pH       (填“增大”“減小”或“不變”)。

⑶如果以該燃料電池為電源、石墨作兩極電解飽和食鹽水，則該電解過程中陽極反應式為：                        ；如果電解一段時間后NaCl溶液的體積為1L，溶液的pH為12，則理論上消耗甲烷在標準狀況下的體積為：        mL。

⑷將⑶中電解結束后的溶液取出，向其中加入含有Mg²⁺和Fe²⁺的溶液甲，Mg(OH)₂和Fe(OH)₂同時生成，已知Mg(OH)₂和Fe(OH)₂在該溫度下的溶度積常數分別是2×10^—11和8×10^—16，則甲溶液中Mg²⁺和Fe²⁺的濃度比為：              。

 

Answer 1

【答案】

（共12分）⑴—1211kJ/mol ( 2分)

⑵CH₄+10OH^——8e^—=CO₃^2—+7H₂O (2分)    減小(2分)

⑶2Cl^——2e^—=Cl₂↑ (2分)       28 (2分)        

⑷25000︰1 (2分)

【解析】

試題分析：

⑴已知H₂、CO和CH₄的燃燒熱分別是286kJ/mol、283 kJ/mol和890 kJ/mol，則① H₂(g)+1/2 O₂(g) = H₂O(l) △H="286kJ/mol" ，② CO+1/2 O₂(g) = CO₂(g) △H="283" kJ/mol，③ CH₄(g)+2O₂(g)= CO₂(g)+2H₂O(l)△H="890" kJ/mol，反應2CH₄(g)+3O₂(g)=CO(g)+H₂(g)+CO₂(g)+3H₂O(l)即2·③-（①+②），反應熱 △H=—1211kJ/mol；

⑵負極反應為甲烷在堿性條件下失去電子即CH₄+10OH^——8e^—=CO₃^2—+7H₂O，隨著反應的不斷進行， OH^—的物質的量不斷減少，溶液的pH減小；

⑶該電解過程中陽極Cl^—失去電子發生氧化反應，即2Cl^——2e^—=Cl₂↑；因為CH₄+10OH^——8e^—=CO₃^2—+7H₂O ~8e^—，2NaCl + 2H₂O 2NaOH + H₂↑ + Cl₂↑~2e^—，則CH₄~8e^—~8NaOH溶液的體積為1L， pH為12，則NaOH物質的量為0.01mol，所以則理論上消耗甲烷在標準狀況下的體積為0.01mol/8·22.4L·10^-3="28" mL；

⑷由Mg(OH)₂ 和Fe(OH)₂的溶解方程式和該溫度下的溶度積常數可知，①[Mg²⁺][OH^-]²=2×10^—11, ②[ Fe²⁺][OH^-]²=8×10^—16，Mg²⁺和Fe²⁺的濃度比為①/②=25000︰1

考點：原電池和電解原理；反應熱的計算；溶解平衡

點評：本題綜合性比較強，主要考查原電池和電解原理；反應熱的計算；溶解平衡，需要考生熟悉掌握。