Question

【題目】（1）天然氣是一種重要的清潔能源和化工原料，其主要成分為甲烷。

①以甲烷、空氣、氫氧化鉀溶液為原料，石墨為電極可構成燃料電池。該電池的負極反應式為___________________________。

②將質量相等的鐵棒和石墨棒分別插入CuCl2溶液中，鐵棒接甲烷燃料電池負極，石墨棒接該電池正極，一段時間后測得鐵棒比石墨棒增加了6.4克。寫出鐵棒電極上發生的電極反應式________；則理論上消耗CH4的體積在標準狀況下為_____。

（2）如圖所示的實驗裝置中，丙為用碘化鉀溶液潤濕的濾紙，m、n為夾在濾紙兩端的鉑夾；丁為直流電源，x、y為電源的兩極；G為電流計；A、B、C、D四個電極均為石墨電極。若在兩試管中充滿H2SO4溶液后倒立于H2SO4溶液的水槽中，閉合K2，斷開K1。

①丙電解時反應的離子方程式為______________。

②繼續電解一段時間后，甲池中A、B極均部分被氣體包圍，此時斷開K2，閉合K1，電流計G指針發生偏轉，則B極的電極反應式為__________________，C極的電極反應為__________________。

Answer 1

【答案】 CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O Cu2＋＋2e－===Cu 0.56L 2I-+2H2O I2+H2↑+2OH- O2+4e-+4H+=2H2O 4OH--4e－=O2↑+2H2O

【解析】（1）①總反應為甲烷和氧氣反應生成二氧化碳和水，二氧化碳和氫氧化鉀反應生成碳酸鉀，所以總方程式為：CH4 + 2O2 + 2OH- = CO32- + 3H2O。正極是氧氣得電子：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-，總反應減去正極反應（將正極反應擴大2倍，以消去氧氣），得到負極反應為：CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O。

②將質量相等的鐵棒和石墨棒分別插入CuCl2溶液中，鐵棒接甲烷燃料電池負極，石墨棒接該電池正極，則鐵棒為電解的陰極，反應為：Cu2+ + 2e- = Cu；石墨棒為電解的陽極，反應為：2Cl- - 2e- = Cl2↑。一段時間后測得鐵棒比石墨棒增加了6.4克，這6.4g是生成的單質銅（0.1mol），則根據電極反應得到轉移電子為0.2mol，1個甲烷生成碳酸根失去8個電子，所以參加反應的甲烷為0.025mol，即0.56L。

（2）①丙是碘化鉀溶液，電解時陰陽兩極分別是水電離的氫離子和碘化鉀電離的碘離子反應，所以總方程式為2I-+2H2OI2+H2↑+2OH-

②閉合K2，斷開K1時，是用直流電源對甲乙丙進行串聯電解。A中得到氫氣，B中得到氧氣（因為A中氣體的體積大約是B的2倍），所以A為電解的陰極，B為電解的陽極，進而得到直流電源x為正極，y為負極。斷開K2，閉合K1，電流計G指針發生偏轉，說明形成原電池。由題意只可能是甲中形成氫氣氧氣燃料電池，對乙丙進行電解。所以B電極為原電池的正極，反應為氧氣在酸性條件下得電子，方程式為O2+4e-+4H+=2H2O。因為B為正極，所以C為電解的陽極，注意此時c電極表面應該有剛才斷開K2，閉合K1時，進行電解得到的單質銀。所以此時c電極的反應為Ag－e- = Ag+。