Question

【題目】（1）天然氣是一種重要的清潔能源和化工原料，其主要成分為甲烷。

①以甲烷、空氣、氫氧化鉀溶液為原料，石墨為電極可構(gòu)成燃料電池。該電池的負(fù)極反應(yīng)式為___________________________。

②將質(zhì)量相等的鐵棒和石墨棒分別插入CuCl2溶液中，鐵棒接甲烷燃料電池負(fù)極，石墨棒接該電池正極，一段時(shí)間后測(cè)得鐵棒比石墨棒增加了6.4克。寫出鐵棒電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式________；則理論上消耗CH4的體積在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為_____。

（2）如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置中，丙為用碘化鉀溶液潤濕的濾紙，m、n為夾在濾紙兩端的鉑夾；丁為直流電源，x、y為電源的兩極；G為電流計(jì)；A、B、C、D四個(gè)電極均為石墨電極。若在兩試管中充滿H2SO4溶液后倒立于H2SO4溶液的水槽中，閉合K2，斷開K1。

①丙電解時(shí)反應(yīng)的離子方程式為______________。

②繼續(xù)電解一段時(shí)間后，甲池中A、B極均部分被氣體包圍，此時(shí)斷開K2，閉合K1，電流計(jì)G指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則B極的電極反應(yīng)式為__________________，C極的電極反應(yīng)為__________________。

Answer 1

【答案】 CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O Cu2＋＋2e－===Cu 0.56L 2I-+2H2O I2+H2↑+2OH- O2+4e-+4H+=2H2O 4OH--4e－=O2↑+2H2O

【解析】（1）①總反應(yīng)為甲烷和氧氣反應(yīng)生成二氧化碳和水，二氧化碳和氫氧化鉀反應(yīng)生成碳酸鉀，所以總方程式為：CH4 + 2O2 + 2OH- = CO32- + 3H2O。正極是氧氣得電子：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-，總反應(yīng)減去正極反應(yīng)（將正極反應(yīng)擴(kuò)大2倍，以消去氧氣），得到負(fù)極反應(yīng)為：CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O。

②將質(zhì)量相等的鐵棒和石墨棒分別插入CuCl2溶液中，鐵棒接甲烷燃料電池負(fù)極，石墨棒接該電池正極，則鐵棒為電解的陰極，反應(yīng)為：Cu2+ + 2e- = Cu；石墨棒為電解的陽極，反應(yīng)為：2Cl- - 2e- = Cl2↑。一段時(shí)間后測(cè)得鐵棒比石墨棒增加了6.4克，這6.4g是生成的單質(zhì)銅（0.1mol），則根據(jù)電極反應(yīng)得到轉(zhuǎn)移電子為0.2mol，1個(gè)甲烷生成碳酸根失去8個(gè)電子，所以參加反應(yīng)的甲烷為0.025mol，即0.56L。

（2）①丙是碘化鉀溶液，電解時(shí)陰陽兩極分別是水電離的氫離子和碘化鉀電離的碘離子反應(yīng)，所以總方程式為2I-+2H2OI2+H2↑+2OH-

②閉合K2，斷開K1時(shí)，是用直流電源對(duì)甲乙丙進(jìn)行串聯(lián)電解。A中得到氫氣，B中得到氧氣（因?yàn)?/span>A中氣體的體積大約是B的2倍），所以A為電解的陰極，B為電解的陽極，進(jìn)而得到直流電源x為正極，y為負(fù)極。斷開K2，閉合K1，電流計(jì)G指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明形成原電池。由題意只可能是甲中形成氫氣氧氣燃料電池，對(duì)乙丙進(jìn)行電解。所以B電極為原電池的正極，反應(yīng)為氧氣在酸性條件下得電子，方程式為O2+4e-+4H+=2H2O。因?yàn)?/span>B為正極，所以C為電解的陽極，注意此時(shí)c電極表面應(yīng)該有剛才斷開K2，閉合K1時(shí)，進(jìn)行電解得到的單質(zhì)銀。所以此時(shí)c電極的反應(yīng)為Ag－e- = Ag+。