Question

【题目】甲烷作为一种新能源应用广泛，请回答下列问题：

（1）竖炉冶铁过程中，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） △H=260kJ·mol-1

2CO(g)+O2(g) = 2CO2（g） △H= -566kJ·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+的物质的量是________。

Answer 1

【答案】 2CH4(g)+O2(g)＝2CO(g)+4H2(g) △H＝－46 kJ·mol-1 CH4 O2＋2H2O＋4e－＝4OH－ 变小 不变

【解析】试题分析：本题考查盖斯定律的应用，燃料电池和电镀，多池串联装置的分析。

（1）将反应编号：CH4（g）+CO2(g) =2CO（g）+2H2（g）△H=260kJ·mol-1（①式）

2CO(g)+O2(g) = 2CO2（g） △H= -566kJ·mol-1（②式）

应用盖斯定律，将①式2+②式得，2CH4（g）+O2（g）=2CO（g）+4H2（g）ΔH=（260kJ/mol）2+（-566kJ/mol）=-46kJ/mol，CH4与O2反应生成CO和H2的热化学方程式为：2CH4（g）+O2（g）=2CO（g）+4H2（g）ΔH=-46kJ/mol。

（2）装置II实现铁棒上镀铜，Fe电极为阴极，Cu电极为阳极，Fe电极与a处的电极相连，a处电极为燃料电池的负极，b处电极为燃料电池的正极。

①a处电极为燃料电池的负极，a处应通入CH4。b处应通入O2，电解质溶液为KOH溶液，则b处电极上的电极反应式是：O2+4e-+2H2O=4OH-。

②装置I中甲烷燃料电池的电池反应为：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O，KOH被消耗，电镀结束装置I中溶液的pH变小。装置II中Fe电极上的电极反应式为Cu2++2e-=Cu，Cu电极上的电极反应式为Cu-2e-=Cu2+，装置II电镀时Cu2+的物质的量不变。