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－1CH4O2＋2H2O＋4e－=4OH－變小不變CO32-1.12

【解析】

（1）①CH4（g）+CO2（g）═2CO（g）+2H2（g）△H=+260kJmol-1，②2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H=-566kJmol-1，將方程式2①+②得 2CH4（g）+O2（g）═2CO（g）+4H2（g）△H=-46kJmol-1 ，故答案為：2CH4（g）+O2（g）═2CO（g）+4H2（g）△H=-46kJmol-1 ；

（2）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，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處通入氧氣，電極反應式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－，故答案為：CH4；O2＋2H2O＋4e－=4OH－；

②根據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，則溶液的pH減小；II中發生電鍍，陽極上溶解的銅質量等于陰極上析出銅的質量，則溶液中銅離子濃度不變，故答案為：變小；不變；

③I中負極反應為CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O，所以還有碳酸根離子生成，故答案為：CO32-；

④串聯電路中轉移電子相等，所以消耗甲烷的體積=×22.4L/mol=1.12L，故答案為：1.12。