天然气的主要成分是甲烷(CH4),甲烷燃烧时的能量变化如图1所示.

天然气的主要成分是甲烷(CH4),甲烷燃烧时的能量变化如图1所示.

(1)写出甲烷完全燃烧生成CO2和气态水的热化学方程式:______.
(2)已知H2O(l)═H2O(g)△H=+44kJ/mol,则甲烷完全燃烧生成CO2和18g液态水,放出的热量是______.
(3)美国科学家设计出以甲烷为燃料的新型燃料电池,其成本大大低于以氢气为燃料的传统燃料电池.甲烷燃料电池的电解质溶液为KOH,请写出该电池工作时的总反应方程式:______,图2中,______(填“a”或“b”)极为正极.
(4)若用(3)中的甲烷燃料电池为电源,以石墨作为电极,电解熔融NaCl,当生成92g金属Na时,甲烷燃料电池消耗标准状况下的甲烷的体积是______.
galen171 1年前 已收到1个回答 举报

云淡风轻_hk 幼苗

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解题思路:(1)分析图示1可知甲烷燃烧 是放热反应,1mol甲烷燃烧生成CO2和气态水放热=882KJ-80KJ=802KJ,依据热化学方程式书写方法写出所需热化学方程式;
(2)依据(1)中热化学方程式和H2O(l)═H2O(g)△H=+44kJ/mol,利用盖斯定律计算得到甲烷完全燃烧生成CO2和18g液态水的热化学方程式,计算放出的热量;
(3)甲烷燃料电池的电解质溶液为KOH,甲烷和氧气发生氧化还原反应生成碳酸钾和水,依据原电池原理分析,燃料通入的一端为负极,氧气通入的一端为正极;
(4)依据电极反应和电子守恒计算消耗甲烷气体的体积;

(1)甲烷燃烧 是放热反应,1mol甲烷燃烧生成CO2和气态水放热=882KJ-80KJ=802KJ,反应的热化学方程式为CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H=-802kJ/mol;
故答案为:CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H=-802kJ/mol;
(2)①CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H=-802kJ/mol;
②H2O(l)═H2O(g)△H=+44kJ/mol
依据热化学方程式和盖斯定律计算①-②×2得到:CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H=-890kJ/mol;
则甲烷完全燃烧生成CO2和18g液态水为1mol,则反应放热=[1/2]mol×890kJ/mol=445KJ;
故答案为:445kJ;
(3)甲烷燃料电池的电解质溶液为KOH,甲烷失电子在建溶液中生成碳酸钾,氧气得到电子生成氢氧根,反应的化学方程式为:CH4+2O2+2KOH═K2CO3+3H2O,燃料电池中甲烷失电子为负极反应,氧气得到电子为正极反应,所以a电极为负极,b电极为正极;
故答案为:CH4+2O2+2KOH═K2CO3+3H2O,b;
(4)甲烷燃料电池中负极电极反应CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O,以石墨作为电极,电解熔融NaCl,当生成92g金属Na时物质的量=[92g/23g/mol]=4mol,电极反应Na++e-=Na,电子守恒计算甲烷燃料电池消耗标准状况下的甲烷的体积CH4~8e-~8Na,甲烷气体物质的量=0.5mol,标准状况气体体积=0.5mol×22.4L/mol=11.2L;
故答案为:11.2L;

点评:
本题考点: 热化学方程式;有关反应热的计算;化学电源新型电池.

考点点评: 本题考查了热化学方程式书写方法和盖斯定律计算应用,原电池原理分析判断,电极反应书写和计算式解题关键,题目难度中等.

1年前

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