Question

2．能源是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎，我國目前使用的能源主要是化石燃料．
（1）在25℃、101kPa時，16gCH₄完全燃燒生成液態(tài)水時放出的熱量是890.31kJ，則CH₄燃燒的熱化學方程式為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
則煤氣化反應C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g） 的焓變△H=+131.5kJ•mol^-1．
（3）如圖所示組成閉合回路，其中，甲裝置中CH₄為負極，O₂和CO₂的混合氣體為正極，稀土金屬材料為電極，以熔融碳酸鹽為電解質；乙裝置中a、b為石墨，b極上有紅色物質析出，CuSO₄溶液的體積為200mL．

①裝置中氣體A為CH₄（填“CH₄”或“O₂和CO₂”），d極上的電極反應式為O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-．
②乙裝置中a極上的電極反應式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O．若在a極產(chǎn)生112mL（標準狀況）氣體，則甲裝置中消耗CH₄56mL（標準狀況），乙裝置中所得溶液的pH=1．（忽略電解前后溶液體秋變化）
③如果乙中電極不變，將溶液換成飽和Na₂SO₃溶液，當陰極上有a mol氣體生成時，同時有w g Na₂SO₄•10H₂O晶體析出，若溫度不變，剩余溶液中溶質的質量分數(shù)應為$\frac{w×\frac{142}{322}}{w+18a}$×100%（用含w、a的表達式表示，不必化簡）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)熱化學方程式的書寫方法可知，化學計量數(shù)與反應熱成正比，并注意標明物質的聚集狀態(tài)來解答；
（2）根據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到，反應焓變與反應過程無關；
（3）①b電極上有紅色物質生成，則b是陰極，所以a是陽極，c是負極、d是正極，通入甲烷的電極是負極，所以A是甲烷、B是二氧化碳和氧氣，d電極上氧氣得電子和二氧化碳反應生成碳酸根離子；
②a是陽極，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣；
根據(jù)轉移電子相等計算消耗甲烷體積；根據(jù)氧氣和氫離子之間的關系式計算氫離子物質的量濃度，從而確定pH；
③電解飽和硫酸鈉溶液時，陽極上析出氧氣、陰極上析出氫氣，所以相當于電解水，且生成氫氣和氧氣的物質的量之比是2：1，所以當陰極上有a mol氣體生成時，陽極上生成氧氣物質的量為0.5amol，電解水的質量=amol×2g/mol+0.5amol×32g/mol=18ag，剩余溶液仍然是飽和溶液，計算生成m（Na₂SO₄），帶入質量分數(shù)公式計算溶液質量分數(shù)．

解答 解：（1）16g即1molCH₄在氧氣中燃燒生成CO₂和液態(tài)水，放出889kJ熱量，則熱化學方程式為：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.31kJ/mol，
故答案為：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
依據(jù)蓋斯定律①-②-③，得到：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+131.5kJ•mol^-1，
故答案為：+131.5；
（3）①b電極上有紅色物質生成，則b是陰極，所以a是陽極，c是負極、d是正極，通入甲烷的電極是負極，所以A是CH₄、B是二氧化碳和氧氣，d電極上氧氣得電子和二氧化碳反應生成碳酸根離子，電極反應式為O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，
故答案為：CH₄；O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；
②a是陽極，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，電極反應式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
a極上生成n（O₂）=$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.005mol，生成0.005mol氧氣轉移電子物質的量=0.005mol×4=0.02mol，根據(jù)轉移電子相等計算消耗甲烷體積=$\frac{0.02mol}{8}$×22.4L/mol=56mL；
電池反應式為2Cu²⁺+2H₂O=4 H⁺+O₂↑+2Cu，根據(jù)方程式知，n（ H⁺）=4n（O₂）=4×0.005mol=0.02mol，c（H⁺）=$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L，則溶液的pH=1，
故答案為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；56；1；
③電解飽和硫酸鈉溶液時，陽極上析出氧氣、陰極上析出氫氣，所以相當于電解水，且生成氫氣和氧氣的物質的量之比是2：1，所以當陰極上有a mol氣體生成時，陽極上生成氧氣物質的量為0.5amol，電解水的質量=amol×2g/mol+0.5amol×32g/mol=18a g，
剩余溶液仍然是飽和溶液，生成m（Na₂SO₄）=wg×$\frac{142}{322}$，
溶液質量分數(shù)=$\frac{wg×\frac{142}{322}}{wg+18ag}$×100%=$\frac{w×\frac{142}{322}}{w+18a}$×100%，
故答案為：$\frac{w×\frac{142}{322}}{w+18a}$×100%．

點評 本題考查熱化學反應方程式的書寫、原電池和電解池原理及質量分數(shù)有關計算，側重考查學生分析計算能力，明確各個電極上發(fā)生的反應結合轉移電子相等進行有關計算，難點是（3）③計算，利用析出晶體與電解水計算溶液質量分數(shù)即可，題目難度較大．