Question

【題目】溫室效應是由于大氣里溫室氣體(二氧化碳、甲烷等)含量增大而形成的�；卮鹣铝袉栴}：

(1)利用CO2可以制取甲醇，有關化學反應如下：

①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g ) ΔH1=-178 kJ/mol

②2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH2=-566 kJ/mol

③2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH3=-483.6 kJ/mol

已知反應①中相關的化學鍵鍵能數據如下：

化學鍵	C—C	C—H	H—H	C—O	H—O
鍵能/ kJ/mol	348	413	436	358	463

由此計算斷開1 mol CO需要吸收____________kJ的能量（甲醇的球棍模型如圖所示）；

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH=________ kJ/mol。

(2)甲烷燃料電池(簡稱DMFC)由于結構簡單、能量轉化率高、對環(huán)境無污染，可作為常規(guī)能源的替代品而越來越受到關注。DMFC工作原理如下圖所示：通入a氣體的電極是原電池的______極(填“正”或“負”)，其電極反應式為___________________。

(3)下圖是用甲烷燃料電池(電解質溶液為KOH溶液)實現鐵上鍍銅，則b處通入的是______(填“CH4”或“O2”)，電解前，U形管的銅電極、鐵電極的質量相等，電解2min后，取出銅電極、鐵電極，洗凈、烘干、稱量,質量差為12.8g，在通電過程中，電路中通過的電子為_____mol，消耗標準狀況下CH4________mL。

Answer 1

【答案】 750 -219.2 kJ·mol-1 負 CH4 + 2H2O - 8e- CO2 + 8H+ O2 0.2 560

【解析】(1)二氧化碳的結構式為O=C=O，根據反應焓變=反應物鍵能之和-生成物鍵能之和計算，斷開1molC═O需要吸收的能量；根據蓋斯定律求算CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)的反應熱；

(2)根據圖知，交換膜是質子交換膜，則電解質溶液呈酸性，根據氫離子移動方向知，通入a的電極為負極、通入b的電極為正極，負極上甲醇失去電子發(fā)生氧化反應；

(4)電鍍時，鍍件作電解池的陰極，發(fā)生還原反應，連接電源的負極；鍍層金屬銅作電解池的陽極，連接電源的正極；根據電子轉移守恒計算甲烷的體積。

(1)二氧化碳為直線型結構，分子中存在兩個碳氧雙鍵，二氧化碳的電子式為；結構式為O=C=O，設C═O的鍵能為x，①CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-178kJmol-1，反應焓變△H=反應物鍵能之和-生成物鍵能之和=2x+3×436-(3×413+358+463)-(2×463)=-178kJ，解得x=750kJ，即斷開1molC═O需要吸收的能量為750kJ；①CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-178kJmol-1，②2CO(g)+O2(g)═2CO2(g)△H2=-566kJmol-1，③2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H3=-483.6kJmol-1，將①+(②-③)×得：CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)根據蓋斯定律可得△H=(-178kJmol-1)+[(-566kJmol-1)-(-483.6kJmol-1)]×=-219.2kJmol-1，故答案為：750；-219.2kJmol-1；

(2)根據圖知，交換膜是質子交換膜，則電解質溶液呈酸性，根據氫離子移動方向知，通入a氣體的電極為負極、通入b氣體的電極為正極，負極上甲烷失去電子發(fā)生氧化反應，負極反應式為 CH4 + 2H2O - 8e- =CO2 + 8H+，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應，電極反應式為O2+4e-+4H+=2H2O，故答案為：負；CH4 + 2H2O - 8e- =CO2 + 8H+；

(3)甲烷堿性燃料電池為電源，總電極反應式為CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O，負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應，電鍍時，鍍件鐵作電解池的陰極，連接甲烷燃料電源的負極，所以a應通入CH4；鍍層金屬作電解池的陽極，發(fā)生氧化反應，連接甲烷燃料電源的正極，所以b應通入O2；所以甲烷堿性燃料電池a處電極上CH4放電，發(fā)生氧化反應，電極反應式是CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O，銅、鐵電極質量差為12.8g，說明析出了6.4g銅，物質的量為=0.1mol，電路中通過的電子為0.2mol，根據電子轉移守恒8n(CH4)=2n(Cu)=0.2mol，所以n(CH4)=mol，所以v(CH4)=mol×22.4L/mol=0.56L=560 mL，故答案為：O2；0.2；560。