Question

【題目】甲烷作為一種新能源應用廣泛，請回答下列問題：

（1）豎爐冶鐵過程中，甲烷在催化反應室中產生水煤氣（CO和H2）還原氧化鐵，有關反應為：

CH4（g）+CO2(g) =2CO（g）+2H2（g） △H=260kJ·mol-1

2CO(g)+O2(g) = 2CO2（g） △H= -566kJ·mol-1

則CH4與O2反應生成CO和H2的熱化學方程式為____________________

（2）如下圖所示，裝置Ⅰ為甲烷燃料電池（電解質溶液為KOH溶液）通過裝置Ⅱ實現鐵棒上鍍銅

①a處應通入_________(填CH4或O2)，b處電極上發生的電極反應式是______；

②電鍍結束后，裝置Ⅰ中溶液的pH______。（填寫變大、變小或不變，下同），裝置Ⅱ中Cu2+的物質的量是________。

Answer 1

【答案】 2CH4(g)+O2(g)＝2CO(g)+4H2(g) △H＝－46 kJ·mol-1 CH4 O2＋2H2O＋4e－＝4OH－ 變小 不變

【解析】試題分析：本題考查蓋斯定律的應用，燃料電池和電鍍，多池串聯裝置的分析。

（1）將反應編號：CH4（g）+CO2(g) =2CO（g）+2H2（g）△H=260kJ·mol-1（①式）

2CO(g)+O2(g) = 2CO2（g） △H= -566kJ·mol-1（②式）

應用蓋斯定律，將①式2+②式得，2CH4（g）+O2（g）=2CO（g）+4H2（g）ΔH=（260kJ/mol）2+（-566kJ/mol）=-46kJ/mol，CH4與O2反應生成CO和H2的熱化學方程式為：2CH4（g）+O2（g）=2CO（g）+4H2（g）ΔH=-46kJ/mol。

（2）裝置II實現鐵棒上鍍銅，Fe電極為陰極，Cu電極為陽極，Fe電極與a處的電極相連，a處電極為燃料電池的負極，b處電極為燃料電池的正極。

①a處電極為燃料電池的負極，a處應通入CH4。b處應通入O2，電解質溶液為KOH溶液，則b處電極上的電極反應式是：O2+4e-+2H2O=4OH-。

②裝置I中甲烷燃料電池的電池反應為：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O，KOH被消耗，電鍍結束裝置I中溶液的pH變小。裝置II中Fe電極上的電極反應式為Cu2++2e-=Cu，Cu電極上的電極反應式為Cu-2e-=Cu2+，裝置II電鍍時Cu2+的物質的量不變。