Question

【题目】甲烷作为一种新能源在化学领域应用广泛，请回答下列问题。

（1）高炉冶铁过程中，甲烷在催化反应室中产生水煤气(CO和H2)还原氧化铁，有关反应为：CH4(g)＋CO2(g)=2CO(g)＋2H2(g)　ΔH＝+260 kJ·mol－1

已知：2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g) ΔH＝－566 kJ·mol－1。

则CH4与O2反应生成CO和H2的热化学方程式为______________________。

（2）如下图所示，装置Ⅰ为甲烷燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)，通过装置Ⅱ实现铁棒上镀铜。

①a处应通入________(填“CH4”或“O2”)，b处电极上发生的电极反应式是_________________。

②电镀结束后，装置Ⅰ中溶液的pH________(填写“变大”、“变小”或“不变”，下同)，装置Ⅱ中Cu2＋的物质的量浓度________。

③电镀结束后，装置Ⅰ溶液中的阴离子除了OH－以外还含有________(忽略水解)。

④在此过程中若完全反应，装置Ⅱ中阴极质量变化12.8 g，则装置Ⅰ中理论上消耗甲烷________L(标准状况下)

Answer 1

【答案】2CH4(g)＋O2(g)=2CO(g)＋4H2(g) ΔH＝－46 kJ·mol－1CH4O2＋2H2O＋4e－=4OH－变小不变CO32-1.12

【解析】

（1）①CH4（g）+CO2（g）═2CO（g）+2H2（g）△H=+260kJmol-1，②2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H=-566kJmol-1，将方程式2①+②得 2CH4（g）+O2（g）═2CO（g）+4H2（g）△H=-46kJmol-1 ，故答案为：2CH4（g）+O2（g）═2CO（g）+4H2（g）△H=-46kJmol-1 ；

（2）①II中首先镀铜，则Cu作阳极、Fe作阴极，I中a处电极为负极、b处电极为正极，负极上通入燃料、正极上通入氧化剂，所以a处通入的气体是甲烷；甲烷失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，电极反应为CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O，b处通入氧气，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，故答案为：CH4；O2＋2H2O＋4e－=4OH－；

②根据I中电池反应为CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O，KOH参加反应导致溶液中KOH浓度降低，则溶液的pH减小；II中发生电镀，阳极上溶解的铜质量等于阴极上析出铜的质量，则溶液中铜离子浓度不变，故答案为：变小；不变；

③I中负极反应为CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O，所以还有碳酸根离子生成，故答案为：CO32-；

④串联电路中转移电子相等，所以消耗甲烷的体积=×22.4L/mol=1.12L，故答案为：1.12。