Question

天然氣(主要成分是甲烷)是一種清潔、高效的能源，現在許多城市家庭用于廚房使用的燃料已經由煤氣(主要成分是H₂和CO按體積比1︰1混合的氣體混合物)換成了天然氣；此外天然氣也是很好的燃料電池的燃料，甲烷在燃料電池中的能量轉換率可達到85%—90%。請回答下列問題：
（1）以甲烷、空氣為反應物，KOH溶液作電解質溶液構成燃料電池，則負極反應式為：            。隨著反應的不斷進行溶液的pH       (填“增大”“減小”或“不變”)。
（2）如果以該燃料電池為電源、石墨作兩極電解飽和食鹽水，則該電解過程中陽極反應式為：             ；如果電解一段時間后NaCl溶液的體積為1L，溶液的pH為12，則理論上消耗甲烷在標準狀況下的體積為：     mL。
（3）將（2）中電解結束后的溶液取出，向其中加入含有Mg²⁺和Fe²⁺的溶液甲，Mg(OH)₂和Fe(OH)₂同時生成，已知Mg(OH)₂和Fe(OH)₂在該溫度下的溶度積常數分別是2×10^—11和8×10^—16，則甲溶液中Mg²⁺和Fe²⁺的濃度之比為：          。

Answer 1

（1）CH₄＋10OH^－－8e^－=CO₃^2－＋7H₂O　；　減小
（2）Cl^―－2e^－=Cl₂↑　；　28
（3）25000︰1

試題分析：（1）以甲烷、空氣為反應物，KOH溶液作電解質溶液構成燃料電池，則負極反應式為：CH₄＋10OH^－－8e^－=CO₃^2－＋7H₂O，隨著反應的不斷進行溶液的OH^-不斷被消耗，pH不斷減小。
（2）如果以該燃料電池為電源、石墨作兩極電解飽和食鹽水，則該電解過程中陽極反應式為：Cl^―－2e^－=Cl₂↑；如果電解一段時間后NaCl溶液的體積為1L，溶液的pH為12，產生的OH^-物質的量為0.01mol,轉移的電子數有0.01mol，則理論上消耗甲烷在標準狀況下的體積為：。
（3）將（2）中電解結束后的溶液取出，向其中加入含有Mg²⁺和Fe²⁺的溶液甲，Mg(OH)₂和Fe(OH)₂同時生成，已知Mg(OH)₂和Fe(OH)₂在該溫度下的溶度積常數分別是2×10^—11和8×10^—16，則甲溶液中Mg²⁺和Fe²⁺的濃度之比：
點評：本題綜合考查了燃料電池原理和電解池原理等知識，以及相關的計算題，具有一定的難度，解題的關鍵是要正確寫出正負兩的反應，電子轉移情況，結合題干，找準計算量，逐一解答。