Question

能源是人类生活和社会发展的基础，研究化学反应中的能量变化，有助于更好地利用化学反应为生产和生活服务。

(1)天然气和可燃冰(mCH₄·nH₂O)既是高效洁净的能源，也是重要的化工原料，

①甲烷分子的空间构型为__________，可燃冰(mCH₄·nH₂O)属于________晶体。

②已知25℃、101kPa时，1g甲烷完全燃烧生成液态水放出55.65kJ热量，则该条件下反应

CH₄(g)+2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(l)的△H=______kJ·mol^-1

(2)用甲烷-氧气碱性(KOH溶液)燃料电池作电源，电解CuCl₂溶液。反应装置如下图所示：

①b电极名称为___________，d电极的电极反应式为_________。

②假设CuCl₂溶液足量，当某电极上析出3.2g金属Cu时，理论上燃料电池消耗氧气在标准状况下的体积是______ mL。

(3)在相同条件下，下面各组热化学方程式中，△H₁<△H₂的是________。(填字母)

A组：2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(g)   △H₁     2H₂(g)+O₂(g)═2H₂O(l)  △H₂

B组：S(g)+O₂(g)=SO₂(g)      △H₁     S(s)+O₂(g)=SO₂(g)      △H₂

C组：C(s)+1/2O₂(g)=CO(g)    △H₁     C(s)+O₂(g)=CO₂(g)      △H₂

D组：CO(g)+1/2O₂(g)=CO₂(g) △H₁     2CO(g)+O₂(g)=2CO₂(g)     △H₂

(4)25℃，10lkPa条件下，14gN₂和3gH₂应生成NH₃的能量变化如下图所示：

己知：①x=1127；

②25℃101kPa下，N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)   △H=-92kJ·mol^-1。则y=___________。

(5)金属材料的腐蚀是人类面临的严重问题，金属的防腐对节约能源、保护环境起着十分重要的作用。下列三个装置中，铁被腐蚀速率由快到慢的顺序为_________(填字母)。

Answer

四面体 分子 -890.4 正极 Cu2++2e-=Cu 560 B 1173 A>C>B

【解析】(1)①甲烷为四面体结构，mCH4•nH2O的熔沸点较低，为分子晶体；
②1g甲烷完全燃烧生成液态水放出55.64kJ热量，则1mol甲烷燃烧放出的能量为16×55.64=890.24；

(2)①a极通的是燃料甲烷，所以是负极；d电极与电源的负极相连，为电解池的阴极，发生还原反应，电极反应式为Cu2++2e-=Cu；

②假设CuCl2溶液足量，当某电极上析出3.2g金属Cu时，整个电路转移的物质的量为×2=0.05mol×2=0.1mol，消耗氧气的物质的量为×2=0.025mol，所以需氧气的体积为0.025mol×22.4L/mol=0.56L=560mL；

(3)A组：2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H1，2H2(g)+O2(g)═2H2O(l)△H2，气态水具有的能量大于液态水，所以氢气燃烧生成气态水时放出的热量较少，生成液态水时放出的热量较多，氢气的燃烧反应为放热反应，△H小于零，反应放热越多，则△H越小，所以△H1＞△H2；B组：固体硫燃烧时要先变为气态硫，过程吸热，所以气态硫具有的能量高，即气态硫放出的热量多，但反应热为负值，所以△H1＜△H2；C组：1mol碳完全燃烧放出的热量大于不完全燃烧放出的热量，但反应热为负值，所以△H1＞△H2；D组：2molCO完全燃烧放出的热量大于1molCO完全燃烧放出的热量，但反应热为负值，所以△H1＞△H2；故答案为B组；

(4)该反应放热，反应热=反应物的键能-生成物的键能，氮气和氢气反应生成氨气的热化学方程式为： N2(g)+ H2(g)=NH3(g)△H=x-y kJ•mol-1，则N2(g)+3H2 (g)=2NH3(g)△H=2(x-y)kJ•mol-1=-92kJ•mol-1，所以x-y=-46，又因x=1127，所以y=1173；

(5)C发生化学腐蚀，A中铁发生电化学腐蚀，B中锌比铁活泼，铁做原电池的正极而被保护，电化学腐蚀的速率大于化学腐蚀的速率，腐蚀速率由快到慢的顺序为A＞C＞B。

点睛：明确引起金属腐蚀的原理是答题的关键，关于金属的电化学腐蚀需要掌握以下规律：1、对同一种金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液＞弱电解质溶液＞非电解质溶液。2．活动性不同的两金属：活动性差别越大，活动性强的金属腐蚀越快。3．对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快，且氧化剂的浓度越高，腐蚀越快。4．电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防护措施的腐蚀。5．对于不同氧化剂来说，氧化性越强，金属腐蚀越快。反之，防腐措施由好到差的顺序为：外接电源的阴极保护法防腐＞牺牲阳极的阴极保护法防腐＞有一般防护条件的防腐＞无防护条件的防腐。