Question

如圖所示，裝置Ⅰ為甲烷燃料電池（電解質(zhì)溶液為2L 2mol/LKOH溶液），通過(guò)裝置Ⅱ制備稀H₂SO₄．若持續(xù)通入甲烷，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，消耗甲烷的體積V L．

①0＜V≤44.8時(shí)，裝置Ⅰ的總反應(yīng)方程式為：

 

．
②44.8＜V≤89.6時(shí)，裝置Ⅰ中負(fù)極電極反應(yīng)為：

 

．
③裝置Ⅱ中C棒上的電極反應(yīng)式為：

 

．
④若裝置Ⅰ中消耗的甲烷在標(biāo)況下的體積為22.4L，則裝置Ⅱ中理論上生成的H₂SO₄的物質(zhì)的量為

 

mol．

Answer 1

考點(diǎn)：原電池和電解池的工作原理

專(zhuān)題：

分析：①②n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后發(fā)生反應(yīng)①CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O、②CO₂+2KOH=K₂CO₃+H₂O、③K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃；根據(jù)甲烷的量計(jì)算生成的二氧化碳的量，結(jié)合反應(yīng)方程式判斷反應(yīng)產(chǎn)物及發(fā)生的反應(yīng)；
③通過(guò)裝置Ⅱ制備稀H₂SO₄，則Cu電極不能失電子，所以Cu為陰極，陰極上銅離子得電子，C為陽(yáng)極，陽(yáng)極上氫氧根離子失電子；
④根據(jù)電子守恒結(jié)合電極方程式計(jì)算．

解答： 解：n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后發(fā)生反應(yīng)①CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O、②CO₂+2KOH=K₂CO₃+H₂O、③K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃；
①當(dāng)0＜V≤44.8 L時(shí)，0＜n（CH₄）≤2mol，則0＜n（CO₂）≤2mol，只發(fā)生反應(yīng)①②，且KOH過(guò)量，則電池總反應(yīng)式為CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，
故答案為：CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O；
②當(dāng)44.8 L＜V≤89.6 L，2mol＜n（CH₄）≤4mol，則2mol＜n（CO₂）≤4mol，發(fā)生反應(yīng)①②③，得到K₂CO₃和KHCO₃溶液，則總反應(yīng)式為：CH₄+2O₂+K₂CO₃═2KHCO₃+H₂O，則負(fù)極的電極反應(yīng)式為：CH₄-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O═10HCO₃^-；
故答案為：CH₄-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O═10HCO₃^-；
③通過(guò)裝置Ⅱ制備稀H₂SO₄，則Cu電極不能失電子，所以Cu為陰極，陰極上銅離子得電子，C為陽(yáng)極，陽(yáng)極上氫氧根離子失電子，所以C上的電極反應(yīng)為：4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O；
故答案為：4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O；
④若裝置Ⅰ中消耗的甲烷在標(biāo)況下的體積為22.4L，甲烷的物質(zhì)的量為1mol，已知CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，則轉(zhuǎn)移的電子為8mol，裝置Ⅱ中2H₂O-4e^-═4H⁺+O₂↑，轉(zhuǎn)移8mol電子時(shí)生成8molH⁺，所以生成的H₂SO₄的物質(zhì)的量為4mol；
故答案為：4．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了燃料電池、電解池的工作原理和規(guī)律等重要考點(diǎn)，涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，綜合性較強(qiáng)，難度較大，注意把握電極方程式的書(shū)寫(xiě)和電子守恒的應(yīng)用．