Question

（1）已知298K時，1mol CH₄在氧氣中完全燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水，放出熱量890.3kJ．寫出該反應的熱化學方程式：

 

．
（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，用多孔石墨作電極，在電極上分別充入CH₄和氧氣．寫出負極的電極反應式：

 

．
（3）在如圖實驗裝置中，分別寫出石墨棒上的電極反應式為

 

；鐵棒上的電極反應式為

 

．
（4）如果起始時燒杯中盛有1000mL，某濃度的硫酸銅溶液，通電一段時間后溶液中的Cu²⁺恰好消耗掉，（假設沒有其它離子干擾），此時收集到氣體3.36L（標準狀況下）則原硫酸銅溶液的濃度是

 

mol/L，電路中通過的電子的物質的量是

 

mol；若要使溶液恢復到起始濃度（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

 

g．

Answer 1

考點：原電池和電解池的工作原理

專題：電化學專題

分析：（1）依據(jù)熱化學方程式書寫方法解答，標注物質聚集狀態(tài)和反應焓變；
（2）反應中甲烷發(fā)生氧化反應，而原電池負極發(fā)生氧化反應，應在負極通入甲烷，甲烷在負極失去電子，堿性條件下生成碳酸根與水；
（3）電解池中電子流出的電極為陽極，溶液中水在陽極失去電子生成氧氣與氫離子，銅離子在Fe電極上放電析出，附著在Fe電極上；
（4）根據(jù)電荷守恒計算銅離子的物質的量，代入c=

n

V

計算濃度，電路中通過的電子的物質的量=4n（O₂）=2n（Cu²⁺），根據(jù)脫離溶液的物質確定復原溶液加入的物質．

解答： 解：（1）在298K時，1mol CH₄在氧氣中完全燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水，放出熱量890.0kJ，則該反應的熱化學方程式為：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.0kJ/mol，故答案為：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（1）△H=-890.3 kJ?mol^-1；
（2）甲烷失電子發(fā)生氧化反應，所以通入甲烷氣體的電極應為負極，甲烷在負極失去電子，堿性條件下生成碳酸根與水，電極反應式為：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O，故答案為CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O；
（3）電解池中電子流出的電極為陽極，石墨為陽極，溶液中水在陽極失去電子生成氧氣與氫離子，電極反應式為：4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O或2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，銅離子在Fe電極上放電析出，附著在Fe電極上，陰極反應式為：Cu²⁺+2e^-=Cu，
故答案為：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑；Cu²⁺+2e^-=Cu；
（4）標準狀況下3.36L氧氣的物質的量為

3.36L

22.4L/mol

=0.15mol，根據(jù)電極反應式可得關系：2Cu²⁺～4e^-～O₂↑，因此銅離子的物質的量為0.15mol×2=0.3mol，c=

0.3mol

1L

=0.3mol/L，電路中通過的電子為4n（O₂）=0.15mol×4=0.6mol；發(fā)生電極反應后析出0.15mol氧氣，0.3molCu，要復原原溶液，需要加入0.3molCuO，0.3molCuO的質量為0.3mol×80g/mol=24g，
故答案為：0.3；0.6；氧化銅；24．

點評：本題考查熱化學方程式書寫、原電池與電解池的工作原理，明確電極反應及利用電子守恒、元素守恒等計算是解答本題的關鍵，難度中等．