Question

14．将甲烷设计成燃料电池，其利用率更高，如图所示（A，B为多孔性碳棒）．持续通入甲烷，在标准状况下，消耗甲烷体积VL，则下列说法错误的是（　　）

• A． 通入CH₄的一端为原电池的负极，溶液中OH^-向负极区移动
• B． 当0＜V≤22.4L时，电池总反应式为CH₄+2O₂+2KOH═K₂CO₃+3H₂O
• C． 当22.4L＜V≤44.8L时，负极电极反应为CH₄^-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O═10HCO₃^-
• D． 当V=33.6L时，溶液中阴离子浓度大小关系为c（CO₃^2- ）＞c（HCO^3-）＞c（OH^-）

Answer 1

分析 燃料电池中，通入燃料的一端为原电池的负极，通入空气的一端为原电池的正极，阴离子向负极移动，阳离子移向正极，n（KOH）=2mol/L×1L=2mol，可能先后发生反应①CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O、②CO₂+2KOH=K₂CO₃+H₂O、③K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃；根据甲烷的量计算生成的二氧化碳的量，结合反应方程式判断反应产物及发生的反应．

解答 解：A．燃料电池中，通入CH₄的一端为原电池的负极，溶液中OH^-向负极区移动，故A正确；
B．当0＜V≤22.4L时，0＜n（CH₄）≤1mol，则0＜n（CO₂）≤1mol，只发生反应①②，且KOH过量，则电池总反应式为CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，故B正确；
C．当22.4 L＜V≤44.8L，1mol＜n（CH₄）≤2mol，则1mol＜n（CO₂）≤2mol，发生反应①②③，得到K₂CO₃和KHCO₃溶液，则负极反应式为CH₄-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O=10HCO₃^-，故C正确；
D．当V=33.6L时，n（CH₄）=1.5mol，n（CO₂）=1.5mol，则电池总反应式为3CH₄+6O₂+4KOH=K₂CO₃+2KHCO₃+7H₂O，则得到0.5molK₂CO₃和1molKHCO₃的溶液，则c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-），故D错误；
故选D．

点评 本题考查了燃料电池的工作原理，注意二氧化碳与电解质氢氧化钾反应量的判断，计算要求的综合性较强，难度较大．