Question

天然氣的主要成分甲烷燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式如下，請回答下列問題：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-889.6kJ/mol．
（1）反應(yīng)物能量總和

 

（填“大于”、“小于”或“等于”）生成物能量總和．
（2）若1mol甲烷完全燃燒生成二氧化碳和水蒸氣，則放出的熱量

 

889.6kJ．（填“＞”、“＜”或“=”）
（3）已知氫氣燃燒生成液態(tài)水的熱化學(xué)方程式是：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-572kJ/mol，則相同質(zhì)量的甲烷和氫氣，完全燃燒生成液態(tài)水，放熱較多的是

 

．
（4）如圖所示的甲池裝置是由CH₄、O₂和KOH溶液組成的新型燃料電池，利用該裝置可以將

 

能轉(zhuǎn)化為

 

能．
（5）乙池中的兩個電極一個是石墨電極，一個是鐵電極，工作時M、N兩個電極的質(zhì)量都不減少，請回答下列問題：
（6）M電極的材料是

 

，N的電極電極反應(yīng)式為：

 

；乙池的總反應(yīng)式是

 

，通入甲烷的鉑電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為

 

．
（7）在此過程中，乙池中某一電極析出金屬銀4.32g時，甲池中理論上消耗氧氣為

 

 L（標準狀況下）；若此時乙池溶液的體積為400mL，則乙池中溶液的H⁺的濃度為

 

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)熱化學(xué)方程式中△H的符號分析；
（2）水蒸氣轉(zhuǎn)化為液態(tài)水要放出熱量，據(jù)此分析；
（3）根據(jù)方程式求出相同質(zhì)量的甲烷和氫氣，完全燃燒生成液態(tài)水放出的熱量分析；
（4）燃料電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能；
（6）堿性甲烷燃料電池中通入甲烷的一極為原電池的負極，通入氧氣的一極為原電池的正極，乙池為電解池，乙池中的兩個電極一個是石墨電極，一個是鐵電極，工作時M、N兩個電極的質(zhì)量都不減少，N連接原電池的正極，應(yīng)為電解池的陽極，則應(yīng)為石墨材料，M為電解池的陰極，為鐵電極，電解硝酸銀溶液時，陰極反應(yīng)式為Ag⁺+e^-=Ag，陽極反應(yīng)式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
（7）根據(jù)電極反應(yīng)結(jié)合電子的轉(zhuǎn)移的物質(zhì)的量的判斷進行計算．

解答：解：（1）已知CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-889.6kJ/mol，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以反應(yīng)物能量總和大于生成物能量總和，故答案為：大于；
（2）水蒸氣轉(zhuǎn)化為液態(tài)水要放出熱量，所以1mol甲烷完全燃燒生成二氧化碳和水蒸氣，放出的熱量小于889.6kJ，故答案為：＜；
（3）已知CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-889.6kJ/mol，2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-572kJ/mol，則1g甲烷完全燃燒放出的熱量為

1

16

×889.6kJ，1g氫氣完全燃燒放出的熱量為

1

4

×572kJ，所以相同質(zhì)量的甲烷和氫氣，完全燃燒生成液態(tài)水，氫氣放的熱量較多，故答案為：氫氣；
（4）原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，所以燃料電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，故答案為：化學(xué)；電；
（6）堿性甲烷燃料電池中通入甲烷的一極為原電池的負極，負極上甲烷失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，通入氧氣的一極為原電池的正極，乙池為電解池，乙池中的兩個電極一個是石墨電極，一個是鐵電極，工作時M、N兩個電極的質(zhì)量都不減少，N連接原電池的正極，應(yīng)為電解池的陽極，則應(yīng)為石墨材料，N為陽極，電極反應(yīng)式是4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，M為陰極，電極材料是Fe，電極反應(yīng)式為Ag⁺+e^-=Ag，則乙池的總反應(yīng)式為4AgNO₃+2H₂O

通電  .

4Ag↓+O₂↑+4HNO₃，
故答案為：Fe；4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；4AgNO₃+2H₂O

通電  .

4Ag↓+O₂↑+4HNO₃；CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
（7）n（Ag）=

4.32g

108g/mol

=0.04mol，根據(jù)Ag⁺+e^-=Ag可知轉(zhuǎn)移電子為0.04mol，
甲池中通入氧氣的一極為正極，反應(yīng)式為2O₂+8H⁺+8e^-=4H₂O，則消耗n（O₂）=

1

4

×0.04mol=0.01mol，
V（O₂）=0.01mol×22.4L/mol=0.224L；
根據(jù)乙池中的反應(yīng)可知：4Ag～O₂～4HNO₃，所以n（H⁺）=n（Ag）=0.04mol，則c（H⁺）=

0.04mol

0.4L

=0.1mol/L，故答案為：0.224；0.1mol/L．

點評：本題考查了化學(xué)反應(yīng)中能量的變化，原電池原理和電解池原理，明確原電池和電解池電極上發(fā)生反應(yīng)的類型即可分析解答本題，難度不大，注意電極反應(yīng)式的書寫與電解質(zhì)溶液的酸堿性有關(guān)．