Question

7．將CH₄設(shè)計(jì)成燃料電池，其利用率更高，裝置如圖所示（A、B為多孔碳棒）．持續(xù)通入甲烷，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，消耗甲烷的體積為V L．
（1）0＜V≤44.8L時，電池負(fù)極電極反應(yīng)為CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
（2）當(dāng)消耗甲烷的體積為22.4L（標(biāo)況下）時，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為8mol；此時溶液中KOH的物質(zhì)的量濃度為1mol/L；（假設(shè)溶液體積不變）．

Answer 1

分析 n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后發(fā)生反應(yīng)①CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O、②CO₂+2KOH=K₂CO₃+H₂O、③K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃；根據(jù)甲烷的量計(jì)算生成的二氧化碳的量，結(jié)合反應(yīng)方程式判斷反應(yīng)產(chǎn)物及發(fā)生的反應(yīng)，由此分析解答．

解答 解：n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后發(fā)生反應(yīng)①CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O、②CO₂+2KOH=K₂CO₃+H₂O、③K₂CO₃+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)①②，且KOH過量，則電池總反應(yīng)式為CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，所以負(fù)極反應(yīng)為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
（2）當(dāng)消耗甲烷的體積為22.4L，n（CH₄）=1mol，則電池總反應(yīng)式為CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為8mol，消耗氫氧化鉀為2mol，則此時溶液中KOH的物質(zhì)的量濃度為$\frac{4-2}{2}$=1mol/L，故答案為：8mol；1mol/L．

點(diǎn)評 本題考查了通過計(jì)算書寫燃料電池的電極反應(yīng)式等重要考點(diǎn)，涉及的知識點(diǎn)較多，綜合性較強(qiáng)，難度較大．