Question

【題目】能源、環境與人類的生活和社會發展密切相關。低碳、環保,能源的綜合利用是是當今的熱門話題。英國蒂斯河畔斯托克頓市的“空氣燃料合成公司冶竟真的發明出了一種將空氣變成汽油的高科技技術，而美國科學家最早設計出以甲烷等碳氫化合物為燃料的新型電池，大大提高天然氣的利用效率。據此，回答下列問題：

（1）“空氣變汽油”這項科技解決環境問題的意義是_______________________；

（2）“空氣變汽油”其原理可簡化如下：

則：

①合成路線中，NaOH 和鹽酸都可以循環利用，寫出有關反應式______________________；

②轉變過中，100g5%Na2CO3溶液，電解后，溶液濃度變為10%，則生成標準狀況下的氫氣多少升?

（3）天然氣燃料電池最大的障礙是氧化反應不完全，產生________ (填寫化學式)堵塞電極的氣體通道，有人估計，完全避免這種副反應至少還需10年時間。

（4）以下是天然氣燃料電池電解精煉銅的裝置圖：

則，①甲池反應的離子方程式為______________________；

②當乙池中某電極的質量增重12.8g 時,理論上甲池中消耗的CH4在標準狀況下的體積為__________mL，甲池中溶液的pH約為__________(溶液的體積變化忽略不計)；此時向甲池中加入1 L1.0×10-3mol/L的CaCl2溶液，則甲池中________(填“有”或“無”)沉淀生成[已知Ksp(CaCO3)=2.9×10-9]。

Answer 1

【答案】（1）減少空氣中過多的CO2，防止溫室效應加劇 （2）①2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑ H2+Cl22HCl ② 62.2L

（3）C （4）①CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O ②1120 13 有

【解析】

試題分析：（1）空氣變油會減少空氣中過多的CO2，防止溫室效應加劇；流程中電解水需要消耗大量的電能。 （2）①電解母液與鹽酸反應后的溶液，生成CO2氣體外，溶液含大量氯化鈉，通電電解，生成NaOH溶液，氯氣與氫氣可合成 HCl，制鹽酸。②100- = 50gH2O生成氫氣在標準狀況下體積50×1/18×22.4 =62.2L。（3）天然氣如果被氧化不完全，則生成固體碳而阻塞電極氣體通道。（4）①甲池離子反應,實際上是CH4與O2在堿性條件下的反應：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O；②乙池A極為陰極，B為陽極，電極A應純銅,，A極有銅析出，質量增加，增重的量為析出銅的質量，12.8g/64g·mol -1 =0.2mol；反應關系式：CH4 ~2OH-~ CO32-~2O2~8e-~4Cu，則甲池消耗的甲烷n(CH4)= 0.2×1/4=0.05mol，標況下的體積1120mL；甲池中消耗的n(OH-)=1/2×n(Cu)= 0.1mol，電解后甲池中c(OH-)=(2-0.1)/1=0. 1mol·L -1 (在強堿性溶液中，CO32-水解忽略)，pH=14-1=13；n(CO32-)=1/4×n(Cu)=1/4×0.2 =0.05mol，兩溶液混合后，體積擴大1倍，c(CO32-)= 0.025mol·L -1 ，c(Ca2+)=1/2×1.0×10 -3 =5×10-4 mol·L -1，Qc =0.025×5×10-4 =1.25×10 -5 >Ksp(CaCO3)= 2.9×10 -9，所以有沉淀生成。