1、章末复习课专题1主题整合践行素养 甲烷是一种高效清洁新能源，可用来取暖、做饭；也是常用的化工原料，用来生产其他有机物；还可以制成甲烷燃料电池，来提高甲烷的能量转化率。让我们来感受一下甲烷的综合利用吧！(一)甲烷作燃料1已知甲烷的标准燃烧热是 890.3 kJmol1，写出甲烷表示甲烷标准燃烧热的热化学方程式：_。【解析】CH4 的标准燃烧热为 893 kJmol1，依据标准燃烧热是 1 mol 可燃物完全燃烧生成稳定物质放出的热量，反应的热化学方程式为 CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H890.3 kJmol1。答案：CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H8
2、90.3 kJmol12甲烷自热重整是先进的制氢方法，包含甲烷氧化和蒸汽重整。向反应系统同时通入甲烷、氧气和水蒸气，发生的主要化学反应有化学方程式 焓变 H(kJmol-1)甲烷 氧化 CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)H1 CH4(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2(g)-322.0 蒸汽 重整 CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)206.2 CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g)165.0(1)反应 CO(g)H2O(g)=CO2(g)H2(g)的 H_kJmol1。(2)甲烷的标准燃烧热为 H2，则 H2_ H1(填“”“”或“
3、”)。【解析】(1)根据盖斯定律，由蒸汽重整的两个反应 CH4(g)2H2O(g)=CO2(g)4H2(g)减CH4(g)H2O(g)=CO(g)3H2(g)，可 得 反 应：CO(g)H2O(g)=CO2(g)H2(g)，故 H165.0 kJmol1206.2 kJmol141.2 kJmol1；(2)表示甲烷标准燃烧热的热化学方程式为 CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H2；燃烧为放热反应，H0，生成液态水比生成气态水释放出的热量多，故H2H1。答案：(1)41.2(2)(二)甲烷作化工原料CH4、H2、C 都是优质的能源物质，它们的标准燃烧热分别为 890.3 kJm
4、ol1、571.6 kJmol1、393.5 kJmol1。(1)在深海中存在一种甲烷细菌，它们依靠酶使甲烷气体与 O2(g)作用产生的能量存活，甲烷细菌使 1 mol 甲烷气体与 O2(g)反应生成 CO2 气体与液态水，放出的能量_(填“”“”或“”)890.3 kJ。(2)甲烷气体与 CO2(g)可用于合成水煤气(主要成分是一氧化碳和氢气)：CH4(g)CO2(g)=2CO(g)2H2(g)，1 g CH4(g)完全反应可释放 15.46 kJ 的热量，则下列能表示该反应过程中能量变化的是_(填标号)。(3)C(s)2H2(g)=CH4(g)的反应热无法直接测量，但通过上述反应可求出 C
5、(s)2H2(g)=CH4(g)的反应热 H_。【解析】(1)给定反应的反应热只取决于反应物和生成物的物质的量和聚集状态，与中间过程无关，甲烷细菌使 1 mol 甲烷气体与 O2(g)反应生成 CO2气体与液态水，放出的能量仍等于 890.3 kJ。(2)1 g CH4(g)完全反应可释放 15.46 kJ 的热量，则 1 mol CH4(g)完全反应放出的热量为 15.46 kJ16247.36 kJ，该反应为放热反应，1 mol CH4(g)和 1 mol CO2(g)的能量之和大于 2 mol CO(g)和 2 mol H2(g)的能量之和，符合条件的只有选项 D。(3)根据标准燃烧热的
6、定义，写出对应的热化学方程式：CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H890.3 kJmol12H2(g)O2(g)=2H2O(l)H571.6 kJmol1C(s)O2(g)=CO2(g)H393.5 kJmol1根据盖斯定律，由得：C(s)2H2(g)=CH4(g)，H571.6 kJmol1393.5 kJmol1890.3 kJmol174.8 kJmol1。答案：(1)(2)D(3)74.8 kJmol1(三)甲烷作燃料电池某同学利用甲烷设计成碱性燃料电池，并利用下列装置实现在铁上镀铜：(1)图中是甲烷燃料电池(电解质溶液为 KOH 溶液)的结构示意图，该同学想在中实现
7、铁上镀铜，则 b 处通入的是_(填“CH4”或“O2”)，a 处电极上发生的电极反应式是_。(2)图中铜极的电极反应式为_，若 Fe电极上增重 32 g，则电路中转移电子的数目为_。【解析】(1)在中实现铁上镀铜，则 Fe 为阴极，Cu 为阳极，此时可知中 b 为正极，通氧气，而通甲烷的电极 a 为负极，发生氧化反应，在碱性条件下发生的电极反应为 CH48e10OH=CO237H2O；(2)在铁上镀铜时，铜作阳极，电极反应式为 Cu2e=Cu2；在铁电极上析出铜，电极反应为 Cu22e=Cu，若铁电极增重 32 g，则转移的电子 n(e)32 g64 gmol1 21 mol，故电路中转移电子
8、的数目为 6.021023 或 NA个。答案：(1)O2 CH48e10OH=CO237H2O(2)Cu2e=Cu2 6.021023(或 NA)应用实践提升素养1(1)随着化石能源的减少，新能源的开发利用需求日益迫切。Bunsen 热化学循环制氢工艺由下列三个反应组成：SO2(g)I2(g)2H2O(g)=2HI(g)H2SO4(l)Ha kJmol12H2SO4(l)=2H2O(g)2SO2(g)O2(g)Hb kJmol12HI(g)H2(g)I2(g)Hc kJmol1则：2H2O(g)=2H2(g)O2(g)H_kJmol1。(2)据粗略统计，我国没有经过处理便排放的焦炉煤气已超过
9、250 亿立方米，这不仅是能源的浪费，也对环境造成极大污染。为解决这一问题，我国在 2004 年起已利用焦炉煤气制取甲醇及二甲醚。已知 CO 中的 C 与 O 之间以三键连接，且合成甲醇的主要反应原理为 CO(g)2H2(g)CH3OH(g)H。下表所列为常见化学键的键能数据：化学键 CC CH HH CO CO OH 键能/kJmol1 348 414 436 326.8 1 032 464 则该反应的 H_kJmol1。(3)恒温恒容条件下，硫可以发生如下转化，其反应过程和能量关系如图所示。已知：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H196.6 kJmol1写出能表示硫的标准燃烧热的热化
10、学方程式：_。H2_kJmol1。【解析】(1)将题给热化学方程式依次编号为、，根据盖斯定律，由22 得 2H2O(g)=2H2(g)O2(g)H(2ab2c)kJmol1；(2)该合成甲醇反应的 H1 032 kJmol12436 kJmol13414 kJmol1326.8 kJmol1464 kJmol1128.8 kJmol1。(3)由图可知 1 mol S(s)完全燃烧放出的 热 量 为 297 kJ，故 能 表 示 硫 的 标 准 燃 烧 热 的 热 化 学 方 程 式 为 S(s)O2(g)=SO2(g)H297 kJmol1；由图可知，参加反应的 n(SO2)1 mol0.2
11、mol0.8 mol，根据 2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H196.6 kJmol1，H20.812(196.6 kJmol1)78.64 kJmol1。答案：(1)(2ab2c)(2)128.8(3)S(s)O2(g)=SO2(g)H297 kJmol1 78.642如图所示，装置为氢气燃料电池(电解质溶液为稀硫酸)，通过装置实现铁棒上镀铜。请回答下列问题：(1)a 处应通入_(填“H2”或“O2”)，b 处发生的电极反应是_。(2)电镀结束后，装置中溶液的 pH_(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，装置中 Cu2的物质的量浓度_。(3)在此过程中若完全反应，装置中阴极质量变化
12、12.8 g，则装置中理论上消耗氧气_L(标准状况下)。【解析】(1)装置要实现铁棒上镀铜，则 Cu 做阳极，Fe 做阴极，则装置中 a处电极为负极，b 处电极为正极，负极上通入燃料，正极上通入氧化剂，所以 a处通入的气体是 H2；b 处通入 O2，电极反应为 O24e4H=2H2O；(2)根据装置中电池总反应 2H2O2=2H2O，生成水，导致溶液中 H2SO4 浓度降低，则溶液的 pH 增大；装置中发生电镀，阳极上溶解铜的质量等于阴极上析出铜的质量，则溶液中 Cu2的物质的量浓度不变；(3)装置中阴极质量变化 12.8 g，n(Cu)0.2 mol，则转移 0.4 mol 电子，串联电路中转移电子数相等，由 O24e4H=2H2O，可知消耗 0.1 mol O2，标准状况下体积为 2.24 L。答案：(1)H2 O24e4H=2H2O(2)增大 不变(3)2.24
