Question

12．1999年11月7日在蘭州召開(kāi)的一次能源地質(zhì)國(guó)際研討會(huì)傳出訊息：“可燃冰”將幫助人類(lèi)擺脫日益臨近的能源危機(jī)．“可燃冰”是水與天然氣相互作用形成的晶體物質(zhì)，主要存在于冰土層和海底大陸坡中：據(jù)測(cè)定每0.1m³固體“可燃冰”可釋放出20m³的甲烷氣體．
（1）甲烷燃料電池是一種新型的電池，電池的構(gòu)造如圖1所示：兩個(gè)電極均由多孔碳制成，通入的氣體由孔隙中流出，并從電極表面放出．

①請(qǐng)寫(xiě)出甲烷燃料電池中a極的電極反應(yīng)式為CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O．
②此時(shí)電池內(nèi)的總反應(yīng)方程式為CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O．
（2）某課外活動(dòng)小組利用如圖2所示裝置探究甲烷與氯氣的反應(yīng)．根據(jù)題意，回答下列問(wèn)題：
①實(shí)驗(yàn)中可觀察的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有：量筒內(nèi)壁出現(xiàn)油狀液滴，飽和食鹽水中有少量固體析出，量筒內(nèi)黃綠色氣體顏色變淺，量筒內(nèi)液面上升．
②寫(xiě)出甲烷與氯氣反應(yīng)的化學(xué)方程式（只寫(xiě)一個(gè)）CH₄+Cl₂$\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl；該反應(yīng)屬于取代反應(yīng)反應(yīng)．

Answer 1

分析 （1）①通入燃料甲烷的一極a為電源的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，通入氧氣的一極b為原電池的正極，發(fā)生還原反應(yīng)；
②兩極相加得到甲烷燃料電池的總反應(yīng)；
（2）①甲烷與氯氣反應(yīng)生成氯化氫和鹵代烴，氯氣消耗所以量筒內(nèi)顏色變淺，氣體減少所以壓強(qiáng)減小，量筒內(nèi)的壓強(qiáng)減小，量筒內(nèi)液面上升，因生成的HCl易溶于水，溶液中Cl^-濃度增大，使氯化鈉的溶解平衡逆向移動(dòng)，反應(yīng)生成CH₂Cl₂、CHCl₃、CCl₄常溫下是無(wú)色油液體；
②甲烷與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷和HCl．

解答 解：（1）①甲烷燃料電池的總反應(yīng)為：通入燃料甲烷的一極a為電源的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，由于電解質(zhì)溶液呈堿性，則負(fù)極電極反應(yīng)式為：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O，正極電極反應(yīng)式為：2O₂+8e^-+4H₂O=8OH^-，
故答案為：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O；
②兩式相加得到總反應(yīng)方程式為：CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，
故答案為：CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O；
（2）①甲烷與氯氣反應(yīng)生成氯化氫和鹵代烴，氯氣消耗所以量筒內(nèi)顏色變淺，氣體減少所以壓強(qiáng)減小，量筒內(nèi)的壓強(qiáng)減小，量筒內(nèi)液面上升．因生成的HCl易溶于水，溶液中Cl^-濃度增大，使氯化鈉的溶解平衡逆向移動(dòng)，反應(yīng)生成CH₂Cl₂、CHCl₃、CCl₄常溫下是無(wú)色油液體，所以看到的現(xiàn)象有：量筒內(nèi)壁出現(xiàn)油狀液滴，飽和食鹽水中有少量固體析出，量筒內(nèi)黃綠色氣體顏色變淺，量筒內(nèi)液面上升，
故答案為：量筒內(nèi)壁出現(xiàn)油狀液滴，飽和食鹽水中有少量固體析出，量筒內(nèi)黃綠色氣體顏色變淺，量筒內(nèi)液面上升；
②甲烷與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷和HCl，反應(yīng)之一為CH₄+Cl₂$\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl，取代反應(yīng)，
故答案為：CH₄+Cl₂$\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl；取代反應(yīng)．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了燃料電池的工作原理以及甲烷的性質(zhì)，注意電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)要注意結(jié)合電解質(zhì)溶液判斷電極上的生成物，難度中等．