Question

甲烷作为一种新能源在化学领域应用广泛，请回答下列问题。

（1）高炉冶铁过程中，甲烷在催化反应室中产生水煤气（CO和H2）还原氧化铁，有关反应为：CH4（g）＋CO2（g）=2CO（g）＋2H2（g）　ΔH＝260 kJ·mol－1

已知：2CO（g）＋O2（g）=2CO2（g）ΔH＝－566 kJ·mol－1。

则CH4与O2反应生成CO和H2的热化学方程式为____________________________________。

（2）如下图所示，装置Ⅰ为甲烷燃料电池（电解质溶液为KOH溶液），通过装置Ⅱ实现铁棒上镀铜。

①a处应通入________（填“CH4”或“O2”），b处电极上发生的电极反应式是_________________________________________________________________。

②电镀结束后，装置Ⅰ中溶液的pH________（填写“变大”“变小”或“不变”，下同），装置Ⅱ中Cu2＋的物质的量浓度________。

③电镀结束后，装置Ⅰ溶液中的阴离子除了OH－以外还含有________（忽略水解）。

④在此过程中若完全反应，装置Ⅱ中阴极质量变化12.8 g，则装置Ⅰ中理论上消耗甲烷________L（标准状况下）。

 

Answer 1

（1）2CH4（g）＋O2（g）=2CO（g）＋4H2（g）ΔH＝－46 kJ·mol－1

（2）①CH4　O2＋2H2O＋4e－=4OH－　②变小　不变　③CO32-　④1.12

【解析】（1）根据盖斯定律，将第一个热化学方程式乘以2，与第二个相加得2CH4（g）＋O2（g）=2CO（g）＋4H2（g）　ΔH＝－46 kJ·mol－1。

（2）由于Fe棒上镀Cu，则Cu棒发生氧化反应，作阳极，b电极作正极，a电极作负极，CH4在a处通入，O2在b处通入，由于KOH溶液作电解质溶液，则b极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，电镀过程中电解质溶液不参与电极反应，各离子浓度均不变；CH4燃料电池中的化学方程式为CH4＋2O2＋2KOH=K2CO3＋3H2O，可得溶液中存在CO32-，再由电子守恒得CH4～4Cu，则12.8 g Cu的物质的量为0.2 mol，消耗CH4为＝0.05 mol，在标准状况下的体积为0.05 mol×22.4 L·mol－1＝1.12 L。