Question

CH₄ 是一种清洁、高效、具有优良的环保性能的燃料，其燃烧热为890.3KJ•mol^-1．它可以作为燃料电池的燃料．
（1）写出甲烷燃烧的热化学方程式：______；
（2）已知H₂（g）和C（s）的燃烧热分别是285.8KJ•mol^-1、393.5KJ•mol^-1；则反应C（s）+2H₂（g）=CH₄（g）的反应热△H=______；
（3）以甲烷、空气、氢氧化钾溶液为原料，惰性电极为电极可以构成燃料电池．该电池的负极反应式为：______；
（4）用（3）中的燃料电池为电源，以石墨为电极电解500ml滴有酚酞的NaCl溶液，装置如图所示：
①请写出电解过程中阴极附近观察到的现象：______．
②到燃料电池消耗2.8L O₂（标准状况下）时，计算此时NaCl溶液的pH=______（假设溶液的体积不变，气体全部从溶液中逸出）．在Y极通过的电子的物质的量为：______．
③电解之后，要使溶液恢复原状，应该向溶液中加入物质______（填名称）．溶液中Cl^-流向______极（填“X”或“Y”）．

Answer

（1）依据热化学方程式的书写方法，结合燃烧热的概念是1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物时放出的热量写出，注意标注物质的聚集状态和燃烧热；
（2）根据燃烧热写出热化学方程式，再利用盖斯定律来计算；
（3）先判断氧化剂、还原剂，然后根据原电池原理判断正负极上反应的物质，结合电解质溶液写出电极反应式；
（4）依据电源判断X为电解池的阳极，Y为电解池的阴极；
①阴极是溶液中的氢离子得到电子生成氢气，溶液中水的电离被破坏，生成了氢氧根离子显碱性，遇酚酞变红；
②根据甲烷燃料电池的电极反应和电解氯化钠的电极反应，依据电子守恒计算得到；电极上的电子转移守恒；
③依据电解氯化钠溶液生成了氢气、氯气和氢氧化钠，恢复原溶液浓度需要加入氢气和氯气组成的含氯化氢的盐酸溶液；电解过程中阴离子移向阳极．
【解析】
（1）CH4 是一种清洁、高效、具有优良的环保性能的燃料，其燃烧热为890.3KJ•mol-1，热化学方程式为：CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-890.3KJ/mol，
故答案为：CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-890.3KJ/mol；
（2）25℃、101kPa下，H2（g）、C（s）的燃烧热分别是285.8kJ•mol-1、393.5kJ•mol-1；
则①H2（g）+O2（g）=H2O（l）△H=-285.8kJ•mol-1；
②C（s）+O2（g）=CO2（g）△H=-393.5kJ•mol-1；
③CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-890.3KJ/mol；
依据盖斯定律，①×2+②-③得到：C（S）+2H2（g）=CH4（g）△H=-74.8KJ/mol；
故答案为：-74.8KJ/mol；
（3）负极上的电极反应式等于电池的总反应式-正极发生的电极方程式；以甲烷、空气、氢氧化钾溶液为原料，惰性电极可构成燃料电池，正极反应为：3O2+12H2O+12e-=12OH-，总反应式为：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O，两式相减，负极反应为：CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O，
故答案为：CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O；
（4）燃料电池为电源，以石墨为电极电解500ml滴有酚酞的NaCl溶液，X为电解池的阳极，Y为电解池的阴极；
①阴极是溶液中的氢离子得到电子生成氢气，溶液中水的电离被破坏，生成了氢氧根离子显碱性，遇酚酞变红；电解过程中阴极附近观察到的现象是，阴极附近变红；
故答案为：阴极附近变红；
②甲烷燃料电池的正极消耗氧气，燃料电池消耗2.8L O2物质的量==0.125mol；正极反应为：3O2+12H2O+12e-=12OH-，计算得到电子转移为0.5mol；电解氯化钠溶液阴极电极反应为：2H++2e-=H2↑，根据水电离出的氢氧根离子和氢离子守恒，溶液中减少的氢离子和增加的氢氧根离子相同，计算得到生成氢氧根离子物质的量为0.5mol，C（OH-）==1mol/L；所以溶液PH=14；电极上的电子守恒得到在Y极通过的电子的物质的量为0.5mol；
故答案为：14； 0.5mol；
③电解氯化钠溶液生成了氢气、氯气和氢氧化钠，恢复原溶液浓度需要加入氢气和氯气组成的含氯化氢的盐酸溶液；电解过程中阴离子移向阳极；故答案为：盐酸；阳．