Question

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 ℃、101 kPa 时，1 g甲烷完全燃烧生成液态水放出55.64 kJ热量，则该条件下反应

CH₄（g)＋2O₂ （g)＝CO₂ （g)＋2H₂O （l)的ΔH＝                     kJ/mol

（3）甲烷高温分解生成氢气和碳。在密闭容器中进行此反应时要通入适量空气使部分甲烷燃烧，其目的是                                                       。

（4）用甲烷­空气碱性（KOH溶液)燃料电池作电源，电解CuCl₂溶液。装置如图所示：

①a电极名称为                  。

②c电极的电极反应式为                  。

③假设CuCl₂溶液足量，当某电极上析出3.2 g 金属Cu时，理论上燃料电池消耗的空气在标准状况下的体积是                L（空气中O₂体积分数约为20%）。

Answer

（1）正四面体 ；分子

（2）－890.24

（3）提供甲烷分解所需的能量

（4）①负极 ；②2Cl－－2e－=Cl2↑； ③2.8

【解析】

试题分析：（1）甲烷是正四面体型分子，可燃冰的熔沸点较低，属于分子晶体。

（2）1 g甲烷完全燃烧生成液态水放出55.64 kJ热量，则1mol甲烷完全燃烧生成液态水放出热量为55.64kJ×16=890.24，则该条件下反应CH4（g)＋2O2 （g)＝CO2 （g)＋2H2O （l)的ΔH＝890.24kJ/mol。

（3）甲烷高温分解生成氢气和碳是吸热反应，则在密闭容器中进行此反应时要通入适量空气使部分甲烷燃烧，其目的是提供甲烷分解所需的能量。

（4）①甲烷、空气燃料电池中，甲烷在负极失电子发生氧化反应，则a电极是负极，氧气在正极得电子发生还原反应，b电极是正极；

②根据上述分析，b电极是正极，则c电极与电源的正极相连，c电极是阳极，溶液中的氯离子在阳极放电生成氯气，电极反应为2Cl－－2e－=Cl2↑；

③根据电极反应，阴极：Cu2++2e-=Cu，正极:O2+4e-+2H2O=4OH-，因为各个电极放电量相等，则Cu与氧气的关系式为2Cu—O2，3.2g铜的物质的量为0.05mol，则需要氧气0.025mol，空气中O2体积分数约为20%，所以通入空气的体积为0.025mol×5×22.4L/mol=2.8L。

考点：考查分子构型，原电池、电解池的工作原理。