Question

【題目】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

【答案】2CH4(g)＋O2(g)===2CO(g)＋4H2(g) ΔH＝－46 kJ·mol－1 CH4 O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 變小 不變 CO32－ 1.12

【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溶液作電解質溶液，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＝0.05 mol，在標準狀況下的體積為0.05 mol×22.4 L·mol－1＝1.12 L。