甲烷是天然气的主要成分,是生产生活中应用非常广泛的一种化学物质.

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  • 解题思路:(1)①相同条件下,不同气体的摩尔质量之比等于其密度之比,据此计算氮氧化物平均摩尔质量,再根据平均摩尔质量计算NO和二氧化氮的物质的量之比;

    ②根据盖斯定律确定甲烷和二氧化氮之间的方程式,根据甲烷和NO、NO2之间的反应确定分别和NO、NO2之间反应需要甲烷的物质的量之比,再根据焓变进行计算;

    ③根据盖斯定律书写热化学方程式;

    (2)④B为负极,总反应式为CH4+2O2+=CO2+2H2O,正极反应式为:2O2+8e-=4O2-,两式相减可得负极电极反应式;

    ⑤开始阶段发生反应:2Cu2++2H2O

    通电

    .

    2Cu+O2↑+4H+,铜离子完全放电后,发生反应2H2O

    通电

    .

    2H2↑+O2↑,阳极的电极反应式是氢氧根离子放电,当两极收集到的气体体积相等时,即氢气与氧气的体积相等,令是氢气为xmol,根据电子转移守恒列方程计算,再根据电子转移守恒计算消耗的甲烷;根据电池中的能量转化率分析.

    (1)①在相同条件下对H2的相对密度为17的NO与NO2的混合气体,相同条件下,气体的密度之比等于其摩尔质量之比,所以混合气体的摩尔质量为34g/mol,设n(NO)为x,n(NO2)为y,

    混合气体摩尔质量=[30xg+46yg

    (x+y)mol=34g/mol,x:y=3:1,

    故答案为:3:1;

    ②16g甲烷的物质的量=

    16g/16g/mol]=1mol,

    根据盖斯定律知,CH4(g)+4NO(g)═2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1

    CH4(g)+2NO2(g)═N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=0.5(△H1+△H2

    NO和NO2的物质的量之比为3:1,根据方程式知,当NO和NO2完全转化为氮气时,分别和NO、NO2反应的甲烷的物质的量之比=[3/4]:[1/2]=3:2,则有0.6mol甲烷和NO反应、0.4mol的甲烷和NO2反应,0.6mol甲烷和NO反应放出的热量=0.6mol×1160kJ/mol=696kJ,0.4mol甲烷和NO2完全反应放出的热量=1042.8kJ-696kJ=346.8kJ,则0.4mol甲烷和NO2完全反应放出的热量=0.5(△H1+△H2)×0.4mol=0.2mol×(1160kJ/mol+△H2)=346.8kJ,则△H2=[346.8kJ/0.2mol]=-574 kJ/mol,

    故答案为:-574 kJ/mol;

    ③CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1=-1160kJ/mol①

    CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1=-574 kJ/mol②

    根据盖斯定律,[①−②/2]得:4NO(g)=2NO2(g)+N2(g);△H=-293 kJ/mol;

    故答案为:4NO(g)=2NO2(g)+N2(g)△H=-293 kJ/mol;

    (2)④B为负极,总反应式为CH4+2O2+=CO2+2H2O,正极反应式为:2O2+8e-=4O2-,两式相减,负极反应为:CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O,

    故答案为:负;CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O;

    ⑤硫酸铜的物质的量=0.1L×1mol/L=0.1mol,开始阶段发生反应:2Cu2++2H2O

    通电

    .

    2Cu+O2↑+4H+,铜离子完全放电后,发生反应2H2O

    通电

    .

    2H2↑+O2↑,阳极的电极反应式:4OH--4e-=O2↑+2H2O;当两极收集到的气体体积相等时,即氢气与氧气的体积相等,令是氢气为xmol,根据电子转移守恒,则:0.1mol×2+2x=4x,解得x=0.1,根据电子转移守恒,可知消耗的甲烷物质的量=[0.1mol×4/8]=0.05mol,故消耗甲烷的体积=0.05mol×22.4L/mol=1.12L,原电池中发生反应时化学能不去全部转化为电能,即电池能量转化率达不到100%,所以实际上消耗的甲烷的体积比理论上大;

    故答案为:4OH--4e-=O2↑+2H2O;1.12L;电池能量转化率达不到100%.

    点评:

    本题考点: 有关反应热的计算;热化学方程式;原电池和电解池的工作原理;电解原理.

    考点点评: 本题综合考查了反应热的计算、电化学知识等,题目整体计算量较大,侧重于对基础知识综合应用的考查,题目难度中等.