Question

【題目】能源、資源問題是當前人類社會面臨的一項重大課題。

(1) 直接利用物質燃燒提供熱能在當今社會仍然占很大比重，但存在利用率低的問題。CH4、CO、CH3OH都是重要的能源物質，等質量的上述氣體充分燃燒，消耗O2最多的是_______ (填化學式)。

(2) 燃料電池將能量轉化效率比直接燃燒效率高，如圖為某種燃料電池的工作原理示意圖，a、b均為惰性電極。

①使用時，空氣從_________ 口通入(填“A”或“B”)；

②假設使用的“燃料”是甲烷，a極的電極反應為：_________________ 。

(3)某同學設計如圖的原電池，則正極的電極反應式為：______________ ，當導線中有3.01×1023個電子流過，溶液質量變化為________ g。

Answer 1

【答案】CH4 B CH4 - 8e- + 10OH- = CO32- + 7H2O Cu2+ + 2e- = Cu 2

【解析】

(1)CH4、CO、CH3OH燃燒的方程式分別是：CH4+2O2CO2+2H2O、2CO+O22CO2、2CH3OH+3O22CO2+4H2O，根據方程式，每克燃料所對應O2的質量分別是4g、0.57g、1.5g，故相同質量下甲烷消耗氧氣最多；

(2)①根據圖中電子流向可判斷a為負極，b為正極，燃料電池中正極需通入O2，故空氣從B口通入；

②CH4在負極發生氧化反應，堿性環境中生成CO32-，故電極反應為：CH4 - 8e- + 10OH- = CO32- + 7H2O；

(3)由圖可知，Fe為負極，石墨為正極，電解質為CuSO4，正極是Cu2+發生反應：Cu2++2e- = Cu，當導線中有3.01×1023個電子流過，即轉移0.5mol電子，溶液中Cu2+轉化為Cu析出64g/mol×0.25mol=16g，Fe轉化為Fe2+進入溶液質量為56g/mol0.25mol=14g，故溶液質量減少16g-14g=2g。