Question

甲烷作為一種新能源在化學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，請回答下列問題。

（1）高爐冶鐵過程中，甲烷在催化反應(yīng)室中產(chǎn)生水煤氣(CO和H2)還原氧化鐵，有關(guān)反應(yīng)為：

CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝+260 kJ·mol－1

已知：2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH＝－566 kJ·mol－1。

則CH4與O2反應(yīng)生成CO和H2的熱化學(xué)方程式為______________________________。

（2）如下圖所示，裝置Ⅰ為甲烷燃料電池（電解質(zhì)溶液為2L 2mol/LKOH溶液），通過裝置Ⅱ制備稀H2SO4。若持續(xù)通入甲烷，在標準狀況下，消耗甲烷的體積V L。

①0<V≤44.8時，裝置Ⅰ的總反應(yīng)方程式為： 。

②44.8<V≤89.6時，裝置Ⅰ中負極電極反應(yīng)為： 。

③裝置Ⅱ中C棒上的電極反應(yīng)式為： 。

④ 若裝置Ⅰ中消耗的甲烷在標況下的體積為22.4L，則裝置Ⅱ中理論上生成的H2SO4的物質(zhì)的量為 mol。

 

Answer 1

（1）CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O （2）?CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O ?CH4-8e-+9CO32-+3H2O=10OH- ?4OH--4e-=O2↑+2H2O ?4

【解析】

試題解析：（1）CH4（g）+CO2（g）═2CO（g）+2H2（g）△H=260kJ?mol-1①，2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H=-566kJ?mol-1②，

將方程式2①+②得 2CH4（g）+O2（g）═2CO（g）+4H2（g）△H=46kJ?mol-1 。（2）n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后發(fā)生反應(yīng)a、CH4+2O2→CO2+2H2O、b、CO2+2KOH=K2CO3+H2O、c、K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3；①當(dāng)0＜V≤44.8 L時，0＜n（CH4）≤2mol，則0＜n（CO2）≤2mol，只發(fā)生反應(yīng)a、b，且KOH過量，則電池總反應(yīng)式為：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O；②當(dāng)44.8 L＜V≤89.6 L，2mol＜n（CH4）≤4mol，則2mol＜n（CO2）≤4mol，發(fā)生反應(yīng)a、b、c，得到K2CO3和KHCO3溶液，則負極反應(yīng)式為：CH4-8e-+9CO32-+3H2O=10OH-；③裝置Ⅱ用于制取稀硫酸，則銅棒應(yīng)為陰極，C棒應(yīng)為陽極，故C棒上的電極反應(yīng)式為4OH--4e-=O2↑+2H2O；④若裝置Ⅰ中消耗的甲烷在標況下的體積為22.4L，則線路上轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=8mol，根據(jù)4OH--4e-=O2↑+2H2O可知，反應(yīng)消耗8mol氫氧根，生成8mol氫離子，故生成硫酸的物質(zhì)的量為4mol。

考點：原電池和電解池的工作原理