Question

（1）在298K時，1molCH₄在氧氣中完全燃燒生成二氧化碳和液態水，放出熱量890.0 kJ。寫出該反應的熱化學方程式                         。現有CH₄和CO的混合氣體0.75mol，完全燃燒后，生成CO₂氣體和18克液態水，并放出515kJ熱量，則CH₄和CO的物質的量分別為       、      mol.
（2）利用該反應設計一個燃料電池：用氫氧化鉀溶液作電解質溶液，多孔石墨做電極，在電極上分別通入甲烷和氧氣。通入甲烷氣體的電極應為     極（填寫“正”或“負”），該電極上發生的電極反應是      （填字母代號）。
a. CH₄—e^- + 2O₂ ="=" CO₂ + 2H₂O   
b. CH₄—8e^- + 10OH^- ="=" CO₃^2- + 7H₂O
c. O₂ + 2H₂O + 4 e^- ="=" 4OH^-  
d. O₂—4 e^- + 4H⁺ ="=" 2H₂O
（3）在如圖所示實驗裝置中，石墨棒上的電極反應式為                ；如果起始時盛有1000mL pH=5的硫酸銅溶液（25℃，CuSO₄足量），一段時間后溶液的pH變為1，此時可觀察到的現象是                     ；若要使溶液恢復到起始濃度（溫度不變，忽略溶液體積的變化），可向溶液中加入      （填物質名稱），其質量約為      。

Answer 1

（1）CH₄(g)+ 2O₂(g)==CO₂(g)+ 2H₂O(l) △H = -890.0kJ/mol（2分，各1分）；0.5、0.25（2分，順序一定不能顛倒）
（2）負（1分），b（1分）
（3）4OH^- —4 e^- ="=" O₂↑+ 2H₂O 或2H₂O-4e^_ =O₂↑+4H⁺（2分），石墨電極表面有氣泡產生，鐵電極上附著一層紅色物質，溶液顏色變淺（3分，按3個現象給分），氧化銅（或碳酸銅）（2分），4g（或6.2g）（2分）

試題分析：（1）書寫熱化學方程式一定要注意標明物質的聚集狀態，反應熱的單位要寫清楚，是千焦每摩爾，CH₄(g)+ 2O₂(g)==CO₂(g)+ 2H₂O(l) △H = -890.0kJ/mol；水完全是由甲烷燃燒生成的，生成1 mol的水需要甲烷0.5 mol，那么一氧化碳就為0.25 mol。
（3）該題是一道電解的題，石墨一極是失去電子的一極，應該是電解池的陽極，因此是溶液中的氫氧根離子放電：4OH^- —4 e^- ="=" O₂↑+ 2H₂O 或2H₂O-4e^_ =O₂↑+4H⁺，如果起始時盛有1000mL pH=5的硫酸銅溶液（25℃，CuSO₄足量），一段時間后溶液的pH變為1，表明溶液中氫氧根離子減少，那么在石墨電極表面有氣泡產生，鐵電極上附著一層紅色物質，溶液顏色變淺，若要使溶液恢復到起始濃度，可向溶液中加入的物質為：氧化銅（或碳酸銅），4g（或6.2g）。