Question

【题目】（1）天然气是一种重要的清洁能源和化工原料，其主要成分为甲烷。

①以甲烷、空气、氢氧化钾溶液为原料，石墨为电极可构成燃料电池。该电池的负极反应式为___________________________。

②将质量相等的铁棒和石墨棒分别插入CuCl2溶液中，铁棒接甲烷燃料电池负极，石墨棒接该电池正极，一段时间后测得铁棒比石墨棒增加了6.4克。写出铁棒电极上发生的电极反应式________；则理论上消耗CH4的体积在标准状况下为_____。

（2）如图所示的实验装置中，丙为用碘化钾溶液润湿的滤纸，m、n为夹在滤纸两端的铂夹；丁为直流电源，x、y为电源的两极；G为电流计；A、B、C、D四个电极均为石墨电极。若在两试管中充满H2SO4溶液后倒立于H2SO4溶液的水槽中，闭合K2，断开K1。

①丙电解时反应的离子方程式为______________。

②继续电解一段时间后，甲池中A、B极均部分被气体包围，此时断开K2，闭合K1，电流计G指针发生偏转，则B极的电极反应式为__________________，C极的电极反应为__________________。

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总反应为甲烷和氧气反应生成二氧化碳和水，二氧化碳和氢氧化钾反应生成碳酸钾，所以总方程式为：CH4 + 2O2 + 2OH- = CO32- + 3H2O。正极是氧气得电子：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-，总反应减去正极反应（将正极反应扩大2倍，以消去氧气），得到负极反应为：CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O。

②将质量相等的铁棒和石墨棒分别插入CuCl2溶液中，铁棒接甲烷燃料电池负极，石墨棒接该电池正极，则铁棒为电解的阴极，反应为：Cu2+ + 2e- = Cu；石墨棒为电解的阳极，反应为：2Cl- - 2e- = Cl2↑。一段时间后测得铁棒比石墨棒增加了6.4克，这6.4g是生成的单质铜（0.1mol），则根据电极反应得到转移电子为0.2mol，1个甲烷生成碳酸根失去8个电子，所以参加反应的甲烷为0.025mol，即0.56L。

（2）①丙是碘化钾溶液，电解时阴阳两极分别是水电离的氢离子和碘化钾电离的碘离子反应，所以总方程式为2I-+2H2OI2+H2↑+2OH-

②闭合K2，断开K1时，是用直流电源对甲乙丙进行串联电解。A中得到氢气，B中得到氧气（因为A中气体的体积大约是B的2倍），所以A为电解的阴极，B为电解的阳极，进而得到直流电源x为正极，y为负极。断开K2，闭合K1，电流计G指针发生偏转，说明形成原电池。由题意只可能是甲中形成氢气氧气燃料电池，对乙丙进行电解。所以B电极为原电池的正极，反应为氧气在酸性条件下得电子，方程式为O2+4e-+4H+=2H2O。因为B为正极，所以C为电解的阳极，注意此时c电极表面应该有刚才断开K2，闭合K1时，进行电解得到的单质银。所以此时c电极的反应为Ag－e- = Ag+。