Question

【題目】X、Y、Z、W均為含有10電子的微粒，W為離子，X、Y、Z為分子，且X與Z分子中含有的共用電子數之比為3：4。

（1）常溫下，取10mL pH=a的Y的稀溶液，加水稀釋時pH隨溶液體積的變化如圖所示，則Y的化學式為__________________；下列敘述正確的是（填序號）_________。

①Y溶于水部分電離

②稀釋后所有離子的濃度均減小

③Y的水溶液通常保存在玻璃瓶中

④稀釋后，陰離子的物質的量濃度之和增大

（2）已知H2的燃燒熱285.8kJ/mol。現有Z和H2的混合氣體共0.2mol，與O2完全燃燒生成H2O（1）和CO2（g），轉移電子的物質的量為1.0mol，放出的熱量為117.6kJ。則Z完全燃燒的熱化學反應方程式為：_________________________________________Z和O2在KOH溶液中構成燃料電池的負極的電極反應式為：_______________________。

Answer 1

【答案】HF ①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(1);△H=-890.2kJ/molCH4-8e-+10OH=CO32-+7H2O

【解析】

10個電子的微粒有：分子：CH4、NH3、H2O、HF、Ne；陰離子：N3-、O2-、F-、OH-、NH2-； 陽離子：Na+、Mg2+、Al3+、NH4+、H3O+，根據X與Z分子中含有的共用電子數之比為3：4，即可確定X為NH3，含有3對共用電子對；Z為CH4，含有4對共用電子對。

(1)根據Y為分子，且常溫下取10mL pH=a的Y的稀溶液，加水稀釋時pH隨溶液體積的變化而增大，稀釋至1000mL時，pH<a+2，則Y的水溶液為弱酸，即為氫氟酸，化學式為HF。
(2)根據H2的燃燒方程式和CH4的燃燒方程式，結合已知條件計算求解。

（1）根據Y為分子，且常溫下取10mL pH=a的Y的稀溶液，加水稀釋時pH隨溶液體積的變化而增大，稀釋至1000ml時pH＜a+2，則Y的水溶液為弱酸，即為氫氟酸，Y化學式為HF。
下列敘述中①Y溶于水部分電離，由于氫氟酸為弱酸，是弱電解質，所以電離程度為部分電離。故①正確；
②稀釋后所有離子的濃度均減小，由于溶液體積增大，c（H+）、c（F-）都減小，而溶液中c（H+）c（OH-）═10-14是一個恒定的值，C（H+）減小，則C（OH-）增大，故②錯誤；
③Y的水溶液通常保存在玻璃瓶中，由于氫氟酸能與玻璃反應，方程式為：SiO2+4HF═SiF4↑+2H2O，所以不能保存在玻璃瓶中，故③錯誤；
④稀釋后，陰離子的物質的量濃度之和增大，根據溶液中電荷守恒：C（H+）═C（F-）+C（OH-），而C（H+）減小，所以陰離子的物質的量濃度之和也減小，故④錯誤。
因此，本題正確答案為：HF；①；
（2）已知H2的燃燒熱為285.8kJ/mol，其熱化學方程式為：H2（g）+O2（g）

=H2O（l） △H═-285.8kJ/mol。
Z為CH4，設混合氣體中H2的物質的量為x，CH4的物質的量為y，
1molH2轉移電子的物質的量為2mol；CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（1），
CH4中碳為-4價，CO2中碳為+4價，則1molCH4轉移電子的物質的量為8mol，

則：x+y=0.2mol，

2x+8y=1.0mol

聯立方程組，解得：x=0.1mol，y=0.1mol。

即0.1molH2放出的熱量為28.58kJ，0.1molCH4放出的熱量為117.6kJ-28.58kJ，為89.02 kJ，
則1molCH4放出的熱量為890.2 kJ，

故熱化學方程式為：CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-890.2 kJ/mol。
CH4和O2在KOH溶液中構成燃料電池，CH4中碳元素化合價為-4價，燃燒轉變為CO2中碳為+4價，失去8e-，同時在KOH溶液中反應轉變為CO32-和H2O，結合電荷守恒配平可得電極反應式：CH4-8e-+10 OH-=CO32-+7H2O，
因此，本題正確答案為：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(1) △H=-890.2kJ/mol； CH4-8e-+10OH=CO32-+7H2O。