Question

（1）分析如图1所示的四个装置，回答下列问题：

①装置a和b中铝电极上的电极反应式分别为：a中

 

，b中

 

②装置c中产生气泡的电极为

 

电极（填“铁”或“铜”），装置d中铜电极上的电极反应式为

 

．
（2）将CH₄设计成燃料电池，其利用率更高，装置如图2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．
①0＜V≤44.8L时，电池负极电极反应为

 

；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

 

；此时溶液中KOH的物质的量浓度为

 

；（假设溶液体积不变）
②44.8L＜V≤89.6L时，电池总反应方程式为

 

．

Answer 1

考点：原电池和电解池的工作原理

专题：电化学专题

分析：（1）在稀H₂SO₄溶液中，镁比铝活泼，铝电极作正极，在NaOH溶液中，铝比镁活泼，铝电极作负极，；在浓硝酸中，铁被钝化，铁电极作正极，正极上发生NO₃^-的还原反应，产生气泡，装置d相当于金属铁发生吸氧腐蚀，铜电极作正极；
（2）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．

解答： 解：（1）①在稀H₂SO₄溶液中，镁比铝活泼，铝电极作正极，正极的电极反应式为2H⁺+2e^-═H₂↑．在NaOH溶液中，铝比镁活泼，铝电极作负极，负极的电极反应式为Al-3e^-+4OH^-═AlO₂^-+2H₂O，
故答案为：2H⁺+2e^-═H₂↑；Al-3e^-+4OH^-═AlO₂^-+2H₂O；
②在浓硝酸中，铁被钝化，铁电极作正极，正极上发生NO₃^-的还原反应，产生气泡，
装置d相当于金属铁发生吸氧腐蚀，铜电极作正极，正极的电极反应式为O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-，
故答案为：铁；O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-；
（2）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，当消耗甲烷的体积为22.4L（标况下）即1mol时，转移电子的物质的量为8mol，此时消耗的溶液中KOH的物质的量为2mol，剩余的氢氧化钾浓度为

4mol-2mol

2L

=1mol/L．
故答案为：CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O；8mol；1mol/L；
②当44.8 L＜V≤89.6 L，2mol＜n（CH₄）≤4mol，则2mol＜n（CO₂）≤4mol，发生反应①②③，得到K₂CO₃和KHCO₃溶液，则总反应式为：CH₄+2O₂+K₂CO₃═2KHCO₃+H₂O，故答案为：CH₄+2O₂+K₂CO₃═2KHCO₃+H₂O．

点评：本题考查了原电池、燃料电池、电解池的工作原理和规律等重要考点，涉及的知识点较多，综合性较强，难度较大．