Question

甲烷作為一種新能源在化學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，請(qǐng)回答下列問題：
（1）高爐冶鐵過程中，甲烷在催化反應(yīng)室中產(chǎn)生水煤氣（CO和H₂）還原氧化鐵，有關(guān)反應(yīng)為：
CH₄（g）+CO₂（g）═2CO（g）+2H₂（g）△H=+260kJ?mol^-1
已知：2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566kJ?mol^-1
則CH₄與O₂反應(yīng)生成CO和H₂的熱化學(xué)方程式為

 

．
（2）如圖所示，裝置Ⅰ為甲烷燃料電池（電解質(zhì)溶液為KOH溶液），通過裝置Ⅱ?qū)崿F(xiàn)鐵棒上鍍銅．
①a處電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式是

 

．
②電鍍結(jié)束后，裝置Ⅰ中溶液的pH

 

（填“變大”“變小”或“不變”，下同），裝置Ⅱ中Cu²⁺的物質(zhì)的量濃度

 

．
③在此過程中若完全反應(yīng)，裝置Ⅱ中陰極質(zhì)量變化1.28g，則裝置Ⅰ中理論上消耗甲烷

 

L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）．

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,原電池和電解池的工作原理

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律書寫熱化學(xué)反應(yīng)方程式；
（2）裝置Ⅱ?qū)崿F(xiàn)鐵棒上鍍銅，則Cu作陽(yáng)極、Fe作陰極，I中a處電極為負(fù)極、b處電極為正極，負(fù)極上通入燃料、正極上通入氧化劑；甲烷失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水；
（3）根據(jù)整個(gè)裝置中電子轉(zhuǎn)移相等計(jì)算消耗的甲烷的體積．

解答： 解：（1）CH₄（g）+CO₂（g）═2CO（g）+2H₂（g）△H=260kJ?mol^-1①
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566kJ?mol^-1②，
將方程式2①+②得 2CH₄（g）+O₂（g）═2CO（g）+4H₂（g）△H=-46kJ?mol^-1，
故答案為：2CH₄（g）+O₂（g）═2CO（g）+4H₂（g）△H=-46kJ?mol^-1；
（2）①通過裝置Ⅱ?qū)崿F(xiàn)鐵棒上鍍銅，則Cu作陽(yáng)極、Fe作陰極，I中a處電極為負(fù)極、b處電極為正極，負(fù)極上通入燃料、正極上通入氧化劑，所以a處通入的氣體是甲烷；甲烷失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水，電極反應(yīng)為CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；
②根據(jù)I中電池反應(yīng)為CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，KOH參加反應(yīng)導(dǎo)致溶液中KOH濃度降低，則溶液的pH減��；
II中發(fā)生電鍍，陽(yáng)極上溶解的銅質(zhì)量等于陰極上析出銅的質(zhì)量，則溶液中銅離子濃度不變，
故答案為：變��；不變；
④左邊原電池和右邊電解池轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等，所以消耗甲烷的體積=

1.28g 64g/mol

8

×2×22.4L/mol=0.112L，
故答案為：0.112．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查了蓋斯定律的應(yīng)用、原電池和電解池原理，根據(jù)電解池中Cu、Fe電極上發(fā)生的反應(yīng)確定燃料電池中正負(fù)極及電極上通入的氣體，再結(jié)合轉(zhuǎn)移電子相等計(jì)算，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書寫．