Question

（正常進度）
（1）寫出以30% KOH溶液為電解質溶液，甲烷燃料電池的負極電極反應式

 

．
（2）在標準狀況下，甲烷和氧氣的混合氣體224mL，充分燃燒后，將生成的氣體通入100mL 0.02mol/L的石灰水，得到0.1g白色沉淀．求混合氣體中甲烷和氧氣的體積比．

Answer 1

分析：（1）燃料電池中，負極上燃料失電子發(fā)生氧化反應；
（2）甲烷燃燒生成二氧化碳和水，二氧化碳和氫氧化鈣反應生成碳酸鈣白色沉淀，碳酸鈣和二氧化碳、水反應生成碳酸氫鈣，分情況討論，當二氧化碳不足量時，結合碳原子守恒根據碳酸鈣的量計算甲烷的量，從而得出甲烷和氧氣的體積比；當二氧化碳過量時，根據鈣元素守恒計算二氧化碳的量，再結合碳原子守恒計算甲烷的量，從而得出甲烷和氧氣的體積比．

解答：解：（1）甲烷燃料電池中，負極上甲烷失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水，電極反應式為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
（2）混合氣體的物質的量=

0.224L

22.4L/mol

=0.01mol，
涉及的化學方程式：CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O、CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+H₂O、CaCO₃+CO₂+H₂O═Ca（HCO₃）₂ ，
根據方程式知，白色沉淀是碳酸鈣，碳酸鈣的物質的量=

0.1g

100g

=0.001mol，
氫氧化鈣的物質的量=0.02mol/L×0.1L=0.002mol，
當生成的CO₂剛好為0.001mol時，根據碳原子守恒知，n（CaCO₃）=n（CH₄）=0.001mol，則氧氣的物質的量是0.009mol，則甲烷與氧氣的體積比為1：9；
當生成的CO₂過量時，n（CaCO₃）=0.001mol，根據鈣原子守恒知，n（Ca（HCO₃）₂ ）=0.001mol，
根據碳原子守恒得，n（CH₄）=n（CO₂）=0.001mol+0.002mol=0.003mol，則氧氣的物質的量=0.007mol，所以甲烷與氧氣的體積比為3：7，
故答案為：1：9或3：7．

點評：本題考查燃料電池及物質的量的有關計算，注意計算時要分情況討論，易漏掉二氧化碳過量的情況，為易錯點．