Question

【題目】如下圖所示，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處應通入______(填“CH4”或“O2”)，a處電極上發(fā)生的電極反應式是______________；

②電鍍結(jié)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(zhì)的量濃度____________________；

③電鍍結(jié)束后，裝置Ⅰ溶液中的陰離子除了OH-以外還含有________________ ；

④在此過程中若完全反應，裝置Ⅱ中陰極質(zhì)量變化6.4 g，則裝置Ⅰ中理論上消耗甲烷__________L(標準狀況下)。

Answer 1

【答案】CH4 CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O 變小 不變 CO32- 0.56

【解析】

①II中首先鍍銅，則Cu作陽極、Fe作陰極，I中a處電極為負極、b處電極為正極，負極上通入燃料、正極上通入氧化劑；甲烷失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水；

②根據(jù)I中氫氧根離子濃度變化確定溶液pH變化；II中發(fā)生電鍍，陽極上溶解的銅質(zhì)量等于陰極上析出銅的質(zhì)量；

③I中還有碳酸根離子生成；

④根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等計算消失甲烷的體積。

①裝置II中實現(xiàn)鐵上鍍銅，則Cu作陽極、Fe作陰極，I中a處電極為負極、b處電極為正極，負極上通入燃料、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生成碳酸根離子和水，電極反應為CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O，b處通的是氧氣，電極上發(fā)生的電極反應式是：O2+2H2O+4e-=4OH-；

②根據(jù)I中電池反應為CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O，KOH參加反應導致溶液中KOH濃度降低，所以溶液的pH減小；

II中發(fā)生電鍍，陽極上溶解的銅質(zhì)量等于陰極上析出銅的質(zhì)量，因此溶液中銅離子濃度不變；

③I中負極反應為CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O，所以溶液中除了含有OH-外，還有CO32-；

④n(Cu)==0.1 mol，Cu是+2價的金屬，所以反應過程中電子轉(zhuǎn)移的物質(zhì)的量為0.1 mol×2=0.2 mol，由于串聯(lián)電路中轉(zhuǎn)移電子相等，所以反應消耗甲烷的體積V(CH4)=×22.4 L/mol=0.56 L。