Question

甲烷作為一種新能源在化學領域應用廣泛，請回答下列問題：

(1)高爐冶鐵過程中，甲烷在催化反應室中產生水煤氣(CO和H2)還原氧化鐵，有關反應為：CH4(g)＋CO2(g)=2CO(g)＋2H2(g)　ΔH＝260 kJ·mol－1

已知：2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g)　ΔH＝－566 kJ·mol－1

則CH4與O2反應生成CO和H2的熱化學方程式為_____________________；

(2)如下圖所示，裝置Ⅰ為甲烷燃料電池(電解質溶液為KOH溶液)，通過裝置Ⅱ實現鐵棒上鍍銅。

 

①a處應通入________(填“CH4”或“O2”)，b處電極上發(fā)生的電極反應式是________；

②電鍍結束后，裝置Ⅰ中溶液的pH________(填寫“變大”“變小”或“不變”，下同)，裝置Ⅱ中Cu2＋的物質的量濃度________；

③電鍍結束后，裝置Ⅰ溶液中的陰離子除了OH－以外還含有________(忽略水解)；

④在此過程中若完全反應，裝置Ⅱ中陰極質量變化12.8 g，則裝置Ⅰ中理論上消耗甲烷________L(標準狀況下)。

 

Answer 1

(1)2CH4(g)＋O2(g)=2CO(g)＋4H2(g)　ΔH＝－46 kJ·mol－1

(2)①CH4　O2＋2H2O＋4e－=4OH－　②變小　不變　③CO32—　④0.56

【解析】(1)根據蓋斯定律，將第一個熱化學方程式乘以2，與第二個相加得2CH4(g)＋O2(g)=2CO(g)＋4H2(g)　ΔH＝－46 kJ·mol－1。

(2)由于Fe棒上鍍Cu，則Cu棒發(fā)生氧化反應，作陽極，b電極作正極，a電極作負極，CH4在a處通入，O2在b處通入，由于KOH作電解質溶液，則b極反應式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－；電鍍過程中電解質溶液不參與電極反應，各離子濃度均不變；CH4燃料電池中的化學方程式為CH4＋2O2＋2KOH=K2CO3＋3H2O，可得溶液中存在CO32—，再由電子守恒得CH4～4Cu，則12.8 g Cu的物質的量為0.2 mol，消耗CH4為0.2/4＝0.05 mol，在標準狀況下的體積為0.05 mol×22.4 L·mol－1＝0.56 L。