Question

天然气既是高效洁净的能源，又是重要的化工原料，在生产、生活中用途广泛。

（1）已知25℃、101kPa时，1g甲烷不完全燃烧生成CO和液态水时放出37.96kJ热量，则该条件下反应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)。下列措施能够使该反应速率加快的是___。

a.使用催化剂     b.降低温度     c.及时分离水

（3）甲烷可直接应用于燃料电池，该电池采用可传导O^2-的固体氧化物为电解质，其工作原理如图所示：

①外电路电子移动方向：___。（填“a极到b极”或“b极到a极”）。

②a极电极反应式为___。

③若燃料电池消耗的空气在标准状况下的体积是22.4L（假设空气中O₂体积分数为20%），则理论上消耗甲烷___mol。

Answer

-1214.72 a a极到b极 CH4+4O2--8e-=CO2+2H2O 0.1

【解析】

(1)根据书写热化学反应方程式的要求解答本题；

(2)根据影响化学反应速率的因素解答本题；

(3)根据燃料电池的特点和原电池的工作原理回答本题

(1)1g甲烷不完全燃烧生成CO和液态水时放出37.96kJ热量，则2molCH4即32g甲烷不完全燃烧生成CO和液态水时放出1214.72kJ热量，所以反应的热化学方程式为：2CH4(g)+3O2(g)=2CO(g)+4H2O(l)的ΔH=-1214.72kJ·mol-1，故答案：-1214.72；
(2)①使用催化剂能加快反应速率，但降低温度和及时分离水即降低生成物浓度，均使反应速率降低，所以a符合题意，bc不符合题意，故答案为： a ；
(3)①在甲烷燃料电池中，通入甲烷的一极为负极，通入氧气的一极为正极，即a为负极、b为正极，外电路电子由负极移向正极，即a极到b极，故答案为：a极到b极；
②在甲烷燃料电池中，a为负极、b为正极，a通入的是甲烷燃料，发生氧化反应，电极反应式为CH4+4O2--8e-=CO2+2H2O，故答案为：CH4+4O2--8e-=CO2+2H2O；

③22.4L空气中含有氧气为22.4L  20% = 4.48L，标况下为0.2mol，甲烷燃料电池的总反应式为CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)，所以理论上消耗甲烷为0.1mol，故答案：0.1。