题目内容

甲烷燃料电池（电解质是KOH溶液）的总反应为：CH4+2KOH+2O2=K2CO3+3H2O． 下列有关的说法中不正确的是（ ）
A．甲烷燃料电池的能量利用率比甲烷燃烧的能量利用率大
B．该燃料电池在使用过程中电解质溶液的浓度和性质均发生变化
C．负极反应式：CH4+3H2O-8e-=CO32-+7H+
D．正极反应式：2O2+4H2O+8e-=8OH-
【答案】分析：A、根据原电池的能量转化以及燃烧反应的能量转化来回答；
B、根据燃料电池的电池反应来回答；
C、具有还原性的甲烷为原电池的负极，发生氧化反应；
D、通入氧气的一极为原电池的正极，发生还原反应．
解答：解：A、在燃料电池工作时，化学能大多数转化为电能，甲烷燃烧伴随着光能和热能，甲烷燃料电池的能量利用率比甲烷燃烧的能量利用率大，故A正确；
B、燃料电池在使用过程中发生电池反应：CH4+2KOH+2O2=K2CO3+3H2O，电解质氢氧化钾被消耗，生成碳酸钾溶液，电解质溶液的浓度和性质均发生变化，故B正确；
C、甲烷燃料电池，具有还原性的甲烷为原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O，故C错误；
D、通入氧气的一极为原电池的正极，发生还原反应，电极反应式为2O2+4H2O+8e-=8OH-，故D正确．
故选C．
点评：本题考查学生燃料电池的工作原理知识，可以根据所学知识进行回答，难度不大．
练习册系列答案
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如图所示，装置Ⅰ为甲烷燃料电池（电解质溶液为KOH溶液），电池总反应为：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O，通过装置Ⅱ实现铁棒上镀铜．下列说法正确的是（　　）
CuSO4溶液是中学化学及工农业生产中常见的一种试剂．

（1）某同学配制CuSO4溶液时，需加入一定量的硫酸溶液，用离子方程式说明其原因是
Cu2++2H2O?Cu（0H）2+2H+
Cu2++2H2O?Cu（0H）2+2H+
．
（2）该同学利用制得的CuSO4溶液，进行以下实验探究．
①图一是根据反应Zn+CuSO4=Cu+ZnSO4设计成的锌铜原电池．电解质溶液甲是
ZnSO4
ZnSO4
（填“ZnSO4”或“CuSO4”）溶液；Cu极的电极反应式是
Cu-2e-=Cu2+
Cu-2e-=Cu2+
．
②图二中，Ⅰ是甲烷燃料电池（电解质溶液为KOH溶液）的结构示意图，该同学想在Ⅱ中实现铁上镀铜，则b处通入的是
O2
O2
（填“CH4”或“O2”），a处电极上发生的电极反应式是
CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O
CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O
．若只把Ⅱ中电极均换为惰性电极，电解时的化学反应方程式为
2CuSO4+2H2O
 电解 
.
 
2Cu+O2↑+2H2SO4
2CuSO4+2H2O
 电解 
.
 
2Cu+O2↑+2H2SO4
．
若把Ⅱ中电极均换为惰性电极，电解液换为含有0.04mol CuSO4和0.04mol NaCl的混合溶液400mL，当阳极产生的气体为672mL（标准状况下）时，溶液的pH=
7
7
（假设电解后溶液体积不变）．
CuSO4溶液是中学化学及工农业生产中常见的一种试剂．
（1）某同学配制CuSO4溶液时，需加入一定量的硫酸溶液，用离子方程式说明其原因是
Cu2++2H2OCu（OH）2+2H+
Cu2++2H2OCu（OH）2+2H+
．
（2）该同学利用制得的CuSO4溶液，进行以下实验探究．
①图一是根据反应Zn+CuSO4=Cu+ZnSO4设计成的锌铜原电池．电解质溶液甲是
ZnSO4
ZnSO4
（填“ZnSO4”或“CuSO4”）溶液；Cu极的电极反应式是
Cu2++2e-=Cu
Cu2++2e-=Cu
．

②图二中，I是甲烷燃料电池（电解质溶液为KOH溶液）的结构示意图，该同学想在II中实现铁上镀铜，则b处通入的是
O2
O2
（填“CH4”或“O2”），a处电极上发生的电极反应式是
CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O
CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O
．若把II中电极均换为惰性电极，电解时的化学反应方程式为
2CuSO4+2H2O
 电解 
.
 
2Cu+O2↑+2H2SO4
2CuSO4+2H2O
 电解 
.
 
2Cu+O2↑+2H2SO4
．若把II中电极均换为惰性电极，电解液换为含有0.04molCuSO4和0.04molNaCl的混合溶液400mL，当阳极产生的气体为672mL（标准状况下）时，溶液的pH=
1
1
（假设电解后溶液体积不变）．
（3）将蓝矾（CuSO4?5H2O）、生石灰和水按一定比例混合，即可得到波尔多液（杀菌剂），其有效成分为难溶的碱式硫酸铜[xCuSO4?yCu（OH）2]．为测定某碱式硫酸铜的组成进行了如下实验：取等质量的碱式硫酸铜样品两份，一份滴加稀盐酸至恰好完全溶解，另一份高温灼烧后只得到CuO固体．所得数据显示n（HCl）：n（CuO）=3：2，则该碱式硫酸铜的化学式中x：y=
1：3
1：3
．
CuSO4溶液是中学化学及工农业生产中常见的一种试剂．
（1）某同学配制CuSO4溶液时，向盛有一定量硫酸铜晶体的烧杯中加入适量的蒸馏水，并不断搅拌，结果得到悬浊液．他认为是固体没有完全溶解，于是对悬浊液加热，结果发现浑浊更明显了，随后，他向烧杯中加入了一定量的
硫酸
硫酸
溶液，得到了澄清的CuSO4溶液．

（2）该同学利用制得的CuSO4溶液，进行以下实验探究．
①图一是根据反应Zn+CuSO4═Cu+ZnSO4 设计成的锌铜原电池．Cu极的电极反应式是
Cu2++2e-═Cu
Cu2++2e-═Cu
，盐桥中是含有琼胶的KCl饱和溶液，电池工作时K+向
乙
乙
移动（填“甲”或“乙”）．
②图二中，Ⅰ是甲烷燃料电池（电解质溶液为KOH溶液）的结构示意图，该同学想在Ⅱ中实现铁上镀铜，则b处通入的是
O2
O2
（填“CH4”或“O2”），a处电极上发生的电极反应式是
CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O
CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O
；当铜电极的质量减轻3.2g，则消耗的CH4在标准状况下的体积为
0.28
0.28
L．
（3）反应一段时间后，燃料电池的电解质溶液完全转化为K2CO3溶液，以下关系正确的是
BD
BD
．
A．c（K+）+c（H+）=c（HCO3-）+c（CO32-）+c（OH-）
B．c（OH-）=c（H+）+c（HCO3-）+2c（H2CO3）
C．c（K+）＞c（CO32-）＞c（H+）＞c（OH-）
D．c（K+）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（HCO3-）
E．c（K+）=2c（CO32-）+c（HCO3-）+c（H2CO3）
能源是人类生存和发展的重要支柱．研究化学反应过程中的能量变化在能源紧缺的今天具有重要的理论意义．已知下列热化学方程式
①2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）△H=-570kJ/mol；
②H2（g）+
1
2
O2（g）=H2O（g）△H=-242kJ/mol；
③C（s）+
1
2
O2（g）=CO（g）△H=-110.5kJ/moL；
④C（s）+O2（g）=CO2（g）△H=-393.5kJ/moL；
⑤CO2（g）+2H2O（g）=2CH4（g）+2O2（g）△H=+890kJ/moL
回答下列问题
（1）H2的燃烧热为
 
．
（2）盖斯定律在生产和科学研究中有很重要的意义．有些反应的反应热虽然难直接测定，但可通过间接的方法求得．已知C（s）+H2O（g）=H2（g）+CO（g）△H=akJ/moL；
则a=
 
；该反应的熵△S
 
0（选填“＞”、“=”、“＜”）；已知自由能△G=△H-T△S，当△G＜0时可自发进行．则该反应在什么条件下可自发进行
 
．
（3）事实证明，能设计成原电池的反应通常是放热反应．
①下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是
 
．
A．C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）△H＞0
B．2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）△H＜0
C．NaOH（aq）+HCl（aq）=NaCl（aq）+H2O（l）△H＜0
②以KOH溶液为电解质溶液，依据所选反应设计一个原电池，其正极的电极反应式为
 
．
（4）有同学利用CuSO4溶液，进行以下实验探究．
①图一是根据反应Zn+CuSO4=Cu+ZnSO4 设计成的锌铜原电池．
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电解质溶液乙是
 
（填“ZnSO4”或“CuSO4”）溶液；Cu极的电极反应式是
 
．
②图二中，Ⅰ是甲烷燃料电池（电解质溶液为KOH溶液）的结构示意图，该同学想在Ⅱ中实现铁上镀铜，则b处通入的是
 
（填“CH4”或“O2”），a处电极上发生的电极反应式是
 
．

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