Question

將CH₄設(shè)計(jì)成燃料電池，其利用率更高，裝置示意如圖（A、B為多孔性碳棒）持續(xù)通入甲烷，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，消耗甲烷體積VL．
①0＜V≤44.8L時(shí)，電池總反應(yīng)方程式為

 

；
②V=89.6L時(shí)，負(fù)極電極反應(yīng)為

 

；
③V=67.2L時(shí)，溶液中陰離子濃度大小關(guān)系為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：原電池和電解池的工作原理

專題：

分析：n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后發(fā)生反應(yīng)①CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O、②CO₂+2KOH=K₂CO₃+H₂O、③K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃；根據(jù)甲烷的量計(jì)算生成的二氧化碳的量，結(jié)合反應(yīng)方程式判斷反應(yīng)產(chǎn)物及發(fā)生的反應(yīng)，由此分析解答．

解答： 解：n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后發(fā)生反應(yīng)①CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O、②CO₂+2KOH=K₂CO₃+H₂O、③K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃；
①當(dāng)0＜V≤44.8 L時(shí)，0＜n（CH₄）≤2mol，則0＜n（CO₂）≤2mol，只發(fā)生反應(yīng)①②，且KOH過量，則電池總反應(yīng)式為CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，
故答案為：CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O；
②當(dāng)44.8 L＜V≤89.6 L，2mol＜n（CH₄）≤4mol，則2mol＜n（CO₂）≤4mol，發(fā)生反應(yīng)①②③，得到K₂CO₃和KHCO₃溶液，則負(fù)極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O=10HCO₃^-，故答案為：CH₄-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O=10HCO₃^-；
③當(dāng)V=67.2 L時(shí)，n（CH₄）=3mol，n（CO₂）=3mol，則電池總反應(yīng)式為3CH₄+6O₂+4KOH=K₂CO₃+2KHCO₃+7H₂O，則得到1molK₂CO₃和2molKHCO₃的溶液，則c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），故答案為：c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）．

點(diǎn)評：本題考查了通過計(jì)算書寫燃料電池的電極反應(yīng)式、溶液中離子濃度大小關(guān)系等重要考點(diǎn)，涉及的知識點(diǎn)較多，綜合性較強(qiáng)，難度較大．