Question

7．将CH₄设计成燃料电池，其利用率更高，装置如图所示（A、B为多孔碳棒）．持续通入甲烷，在标准状况下，消耗甲烷的体积为V L．
（1）0＜V≤44.8L时，电池负极电极反应为CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
（2）当消耗甲烷的体积为22.4L（标况下）时，转移电子的物质的量为8mol；此时溶液中KOH的物质的量浓度为1mol/L；（假设溶液体积不变）．

Answer 1

分析 n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后发生反应①CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O、②CO₂+2KOH=K₂CO₃+H₂O、③K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃；根据甲烷的量计算生成的二氧化碳的量，结合反应方程式判断反应产物及发生的反应，由此分析解答．

解答 解：n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后发生反应①CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O、②CO₂+2KOH=K₂CO₃+H₂O、③K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃；
（1）当0＜V≤44.8 L时，0＜n（CH₄）≤2mol，则0＜n（CO₂）≤2mol，只发生反应①②，且KOH过量，则电池总反应式为CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，所以负极反应为：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；故答案为：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
（2）当消耗甲烷的体积为22.4L，n（CH₄）=1mol，则电池总反应式为CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，则转移电子的物质的量为8mol，消耗氢氧化钾为2mol，则此时溶液中KOH的物质的量浓度为$\frac{4-2}{2}$=1mol/L，故答案为：8mol；1mol/L．

点评 本题考查了通过计算书写燃料电池的电极反应式等重要考点，涉及的知识点较多，综合性较强，难度较大．