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) △H=260kJmol﹣1

已知：2CO(g)+O2(g)2CO2(g) △H=﹣566kJmol﹣1

則CH4與O2反應生成CO和H2的熱化學方程式為 。

(2)如圖所示，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。

①b處電極上發生的電極反應式： ；

②電鍍結束后，裝置Ⅰ中KOH溶液的濃度 (填寫“變大”、“變小”或“不變”)，裝置Ⅱ中Cu電極上發生的電極反應式： 。

③在此過程中若完全反應，裝置Ⅱ中陰極質量變化12.8g，則裝置Ⅰ中理論上消耗甲烷 L(標準狀況下)。

答

Answer 1

【答案】(1)2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g)△H=﹣46 kJ/mol

(2)①O2+2H2O+4e﹣=4OH﹣ ②變小 Cu-2e- =Cu2+ ③1.12

【解析】

試題分析：(1)①CH4(g)+CO2(g)═2CO(g)+2H2(g)△H=+260kJ/mol

②2CO(g)+O2(g)═2CO2(g)△H=-566kJ/mol

根據蓋斯定律，由①×2+②得：2CH4(g)+O2(g)═2CO(g)+4H2(g)△H=-46 kJ/mol；

(2)①II中實現鍍銅，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、正極上通入氧化劑氧氣，正極電極反應為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；

③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。