Question

能源是国民经济发展的重要基础，我国目前使用的能源主要是化石燃料．

（1）在25℃、101kPa时，16gCH₄完全燃烧生成液态水时放出的热量是890.31kJ，则CH₄燃烧的热化学方程式为_____________，

（2）已知：C（s）+O₂（g）═CO₂（g）；△H=﹣437.3 kJ•mol^﹣1

H₂（g）+O₂（g）═H₂O（g）；△H=﹣285.8 kJ•mol^﹣1

CO（g）+O₂（g）═CO₂（g）；△H=﹣283.0 kJ•mol^﹣1

则煤气化反应C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g） 的焓变△H=__________kJ•mol^﹣1；

（3）如图所示组成闭合回路，其中，甲装置中CH₄为负极，O₂和CO₂的混合气体为正极，稀土金属材料为电极，以熔融碳酸盐为电解质；乙装置中a、b为石墨，b极上有红色物质析出，CuSO₄溶液的体积为200mL．

①装置中气体A为___________（填“CH₄”或“O₂和CO₂”），d极上的电极反应式为___________；

②乙装置中a极上的电极反应式为_________．若在a极产生112mL（标准状况）气体，则甲装置中消耗CH₄______mL（标准状况），乙装置中所得溶液的pH=_________．（忽略电解前后溶液体秋变化）

③如果乙中电极不变，将溶液换成饱和Na₂SO₃溶液，当阴极上有a mol气体生成时，同时有w g Na₂SO₄•10H₂O晶体析出，若温度不变，剩余溶液中溶质的质量分数应为______________（用含w、a的表达式表示，不必化简）。

Answer

CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-890.3kJ/mol 131.5 CH4 O2+4e-+2CO2=2CO32- 4OH--4e-=O2+2H2O 56 1

【解析】（1）16g即1molCH4在氧气中燃烧生成CO2和液态水，放出889kJ热量，则热化学方程式为：

CH4（g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（l）△H=﹣890.31kJ/mol，

（2）已知：C（s）+O2（g）═CO2（g）；△H=﹣437.3 kJ•mol﹣1

H2（g）+O2（g）═H2O（g）；△H=﹣285.8 kJ•mol﹣1

CO（g）+O2（g）═CO2（g）；△H=﹣283.0 kJ•mol﹣1

依据盖斯定律①﹣②﹣③，得：C（s）+H2O（g）═CO（g）+H2（g）△H=+131.5kJ•mol﹣1，

（3）①b电极上有红色物质生成，则b是阴极，所以a是阳极，c是负极、d是正极，通入甲烷的电极是负极，所以A是CH4、B是二氧化碳和氧气，d电极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子，电极反应式为O2+4e﹣+2CO2=2CO32﹣，

②a是阳极，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，电极反应式为4OH﹣﹣4e﹣=O2↑+2H2O；

a极上生成n（O2）==0.005mol，生成0.005mol氧气转移电子物质的量=0.005mol×4=0.02mol，根据转移电子相等计算消耗甲烷体积=×22.4L/mol=56mL；

电池反应式为2Cu2++2H2O="4" H++O2↑+2Cu，根据方程式知，n（ H+）=4n（O2）=4×0.005mol=0.02mol，c（H+）==0.1mol/L，则溶液的pH=1，

③电解饱和硫酸钠溶液时，阳极上析出氧气、阴极上析出氢气，所以相当于电解水，且生成氢气和氧气的物质的量之比是2：1，所以当阴极上有a mol气体生成时，阳极上生成氧气物质的量为0.5amol，电解水的质量="amol×2g/mol+0.5amol×32g/mol=18a" g，

剩余溶液仍然是饱和溶液，生成m（Na2SO4）=wg×，

溶液质量分数=×100%=×100%，