Question

【題目】天然氣既是高效潔凈的能源，又是重要的化工原料，在生產、生活中用途廣泛。

（1）已知25℃、101kPa時，1g甲烷不完全燃燒生成CO和液態水時放出37.96kJ熱量，則該條件下反應2CH4(g)+3O2(g)=2CO(g)+4H2O(l)的ΔH=___kJ·mol-1。

（2）甲烷可以消除氮氧化物污染。如：CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)。下列措施能夠使該反應速率加快的是___。

a.使用催化劑 b.降低溫度 c.及時分離水

（3）甲烷可直接應用于燃料電池，該電池采用可傳導O2-的固體氧化物為電解質，其工作原理如圖所示：

①外電路電子移動方向：___。（填“a極到b極”或“b極到a極”）。

②a極電極反應式為___。

③若燃料電池消耗的空氣在標準狀況下的體積是22.4L（假設空氣中O2體積分數為20%），則理論上消耗甲烷___mol。

Answer 1

【答案】-1214.72 a a極到b極 CH4+4O2--8e-=CO2+2H2O 0.1

【解析】

(1)根據書寫熱化學反應方程式的要求解答本題；

(2)根據影響化學反應速率的因素解答本題；

(3)根據燃料電池的特點和原電池的工作原理回答本題

(1)1g甲烷不完全燃燒生成CO和液態水時放出37.96kJ熱量，則2molCH4即32g甲烷不完全燃燒生成CO和液態水時放出1214.72kJ熱量，所以反應的熱化學方程式為：2CH4(g)+3O2(g)=2CO(g)+4H2O(l)的ΔH=-1214.72kJ·mol-1，故答案：-1214.72；
(2)①使用催化劑能加快反應速率，但降低溫度和及時分離水即降低生成物濃度，均使反應速率降低，所以a符合題意，bc不符合題意，故答案為：a；
(3)①在甲烷燃料電池中，通入甲烷的一極為負極，通入氧氣的一極為正極，即a為負極、b為正極，外電路電子由負極移向正極，即a極到b極，故答案為：a極到b極；
②在甲烷燃料電池中，a為負極、b為正極，a通入的是甲烷燃料，發生氧化反應，電極反應式為CH4+4O2--8e-=CO2+2H2O，故答案為：CH4+4O2--8e-=CO2+2H2O；

③22.4L空氣中含有氧氣為22.4L20%=4.48L，標況下為0.2mol，甲烷燃料電池的總反應式為CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)，所以理論上消耗甲烷為0.1mol，故答案：0.1。