Question

12．天然氣和可燃冰（mCH₄•nH₂O）既是高效潔凈的能源，也是重要的化工原料．
（1）甲烷分子的空間構型為正四面體，可燃冰（mCH₄•nH₂O）屬于分子晶體．
（2）已知25℃、101kPa 時，1g甲烷完全燃燒生成液態(tài)水放出55.64kJ熱量，則該條件下反應CH₄（g）+2O₂ （g）═CO₂ （g）+2H₂O （l）的△H=-890.24kJ/mol
（3）甲烷高溫分解生成氫氣和碳．在密閉容器中進行此反應時要通入適量空氣使部分甲烷燃燒，其目的是提供甲烷分解所需的能量．
（4）用甲烷空氣堿性（KOH溶液）燃料電池作電源，電解CuCl₂溶液．裝置如圖所示：

①a電極名稱為負極．
②c電極的電極反應式為Cu²⁺+2e^-=Cu．
③假設CuCl₂溶液足量，當某電極上析出3.2g 金屬Cu時，理論上燃料電池消耗的空氣在標準狀況下的體積是2.8L（空氣中O₂體積分數(shù)約為20%）．

Answer 1

分析 （1）甲烷為四面體結構，mCH₄•nH₂O為分子晶體；
（2）1g甲烷完全燃燒生成液態(tài)水放出55.64kJ熱量，可計算1mol甲烷燃燒放出的熱量；
（3）甲烷分解需要熱量，燃燒可提供部分能量；
（4）①a極通的是燃料甲烷，所以是負極；
②d電極與電源的負極相連是陰極，銅離子放電，生成單質銅，電極反應式為Cu²⁺+2e^-=Cu；
③假設CuCl₂溶液足量，當某電極上析出3.2g金屬Cu時，結合電極方程式確定整個電路轉移的物質的量，以此可計算消耗氧氣的物質的量，進而計算體積．

解答 解：（1）甲烷為四面體結構，mCH₄•nH₂O的熔沸點較低，為分子晶體，故答案為：正四面體； 分子；
（2）1g甲烷完全燃燒生成液態(tài)水放出55.64kJ熱量，則1mol甲烷燃燒放出的能量為16×55.64=890.24，故答案為：-890.24；
（3）甲烷分解需要熱量，燃燒可提供部分能量，故答案為：提供甲烷分解所需的能量；
（4）①a極通的是燃料甲烷，所以是負極，故答案為：負極；
②d電極與電源的負極相連是陰極，銅離子放電，生成單質銅，電極反應式為Cu²⁺+2e^-=Cu，故答案為：Cu²⁺+2e^-=Cu；
 ③假設CuCl₂溶液足量，當某電極上析出3.2g金屬Cu時，整個電路轉移的物質的量為：$\frac{3.2g}{64g/mol}$×2=0.05mol×2=0.1mol，消耗氧氣的物質的量為：$\frac{0.05mol}{4}$×2=0.025mol，所以需氧氣的體積為0.025mol×22.4L/mol=0.56L，所以空氣的體積為$\frac{0.56L}{20%}$=2.8L，故答案為：2.8．

點評 本題綜合考查法反應熱與焓變以及原電池原理，為高頻考點，明確原電池正負極的判斷方法是解本題關鍵，原電池原理是高中化學的重點也是難點，要注意掌握原電池原理，把握本質，正確書寫電極反應方程式，題目難度中等．