Question

“可燃冰”是一種重要的潛在未來資源．“可燃冰”屬于主要成分是CH₄的水合物．
（1）CH₄可與Cl₂反應，反應歷程如下
①Cl-Cl→2Cl?△H=243kJ?mol^-1
②Cl?+CH₃-H→?CH₃+H-Cl△H=4KJ?mol^-1
③?CH₃+Cl-Cl→CH₃-Cl+Cl?△H=-106kJ?mol^-1
則2摩氯原子結(jié)合成1摩氯分子時，放出的能量為

243

kJ；CH₄與Cl₂反應生成CH₃Cl（g）的熱化學方程式為

CH_4（g）+Cl_2（g）═CH₃Cl_（g）+HCl_（g） △H=-102kJ?mol^-1

．
（2）CH₄也是一種重要的化工原料，如它與CO₂在高溫下可以反應制取CO，請寫出反應的化學方程式

CH₄ +CO₂

高溫  .

2CO+2H₂

；實驗室可用CHCl₃與H₂O₂直接反應制取COCl₂，反應的化學方程式為

CHCl₃ +H₂O₂═COCl₂+HCl+H₂O；

．
（3）CH₄可用于設(shè)計燃料電池，甲烷燃料電池的工作原理如圖所示：則通入CH₄的一極為原電池的

負極

（填“正極”或“負極”），正極的電極反應式為

O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-

，該電池工作時總的反應方程式為

CH₄ +2O₂+2KOH═K₂CO₃+3H₂O

．

Answer 1

分析：（1）一個反應無論是一步完成還是分為幾步完成，其熱效應是相同的，故根據(jù)蓋斯定律可求題目中的反應熱；
（2）CH₄與CO₂在高溫下可以反應制取CO，另一種產(chǎn)物是H₂，反應方程式即可得出；CHCl₃與H₂O₂直接反應制取COCl₂，同時伴隨HCl和H₂O的生成；
（3）甲烷燃料電池是根據(jù)甲烷的燃燒反應設(shè)計的，甲烷發(fā)生氧化反應，故通甲烷的極為負極．正極是氧氣放電生成OH^-，總方程式書寫時要考慮生成的二氧化碳和堿的反應．

解答：解：（1）根據(jù)蓋斯定律可知，（-①）即是氯原子結(jié)合成氯分子時的熱化學方程式：2Cl?→Cl-Cl△H=-243kJ?mol^-1，
可知2mol氯原子結(jié)合成1mol氯分子時，放出的熱量為243kJ；
由②+③可知CH₄與Cl₂反應生成CH₃Cl（g）的熱化學方程式為：CH_4（g）+Cl_2（g）═CH₃Cl_（g）+HCl_（g） △H=-102kJ?mol^-1
故答案為：243； CH_4（g）+Cl_2（g）═CH₃Cl_（g）+HCl_（g） △H=-102kJ?mol^-1；
（2）CH₄與CO₂在高溫下反應生成CO、H₂：CH₄ +CO₂

高溫  .

2CO+2H₂；
實驗室用CHCl₃與H₂O₂反應制取COCl₂，反應的化學方程式：CHCl₃ +H₂O₂═COCl₂+HCl+H₂O；
故答案為：CH₄ +CO₂

高溫  .

2CO+2H₂；  CHCl₃ +H₂O₂═COCl₂+HCl+H₂O；
（3）在原電池中，負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應．甲烷燃料電池根據(jù)甲烷的燃燒反應設(shè)計，在反應中，甲烷發(fā)生氧化反應故在負極放電，故通入CH₄
的一極為原電池的負極；
正極是氧氣放電，考慮到電解質(zhì)溶液為堿性，故電極反應為：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-；
該燃料電池先發(fā)生反應：CH₄ +2O₂═CO₂+2H₂O ①生成的 CO₂ 又發(fā)生了和電解質(zhì)溶液的反應：CO₂+2KOH═K₂ CO₃+H₂O ②
 將①+②即得總反應：CH₄ +2O₂+2KOH═K₂CO₃+3H₂O
故答案為：負極； O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-；  CH₄ +2O₂+2KOH═K₂CO₃+3H₂O．

點評：本題綜合考查了蓋斯定律和燃料電池電極反應、總反應的書寫，難度適中，綜合性較強．