Question

（1）分析如圖1所示的四個裝置，回答下列問題：

①裝置a和b中鋁電極上的電極反應(yīng)式分別為：a中

 

，b中

 

②裝置c中產(chǎn)生氣泡的電極為

 

電極（填“鐵”或“銅”），裝置d中銅電極上的電極反應(yīng)式為

 

．
（2）將CH₄設(shè)計成燃料電池，其利用率更高，裝置如圖2所示（A、B為多孔碳棒）．持續(xù)通入甲烷，在標準狀況下，消耗甲烷的體積為V L．
①0＜V≤44.8L時，電池負極電極反應(yīng)為

 

；當(dāng)消耗甲烷的體積為22.4L（標況下）時，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為

 

；此時溶液中KOH的物質(zhì)的量濃度為

 

；（假設(shè)溶液體積不變）
②44.8L＜V≤89.6L時，電池總反應(yīng)方程式為

 

．

Answer 1

考點：原電池和電解池的工作原理

專題：電化學(xué)專題

分析：（1）在稀H₂SO₄溶液中，鎂比鋁活潑，鋁電極作正極，在NaOH溶液中，鋁比鎂活潑，鋁電極作負極，；在濃硝酸中，鐵被鈍化，鐵電極作正極，正極上發(fā)生NO₃^-的還原反應(yīng)，產(chǎn)生氣泡，裝置d相當(dāng)于金屬鐵發(fā)生吸氧腐蝕，銅電極作正極；
（2）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)．

解答： 解：（1）①在稀H₂SO₄溶液中，鎂比鋁活潑，鋁電極作正極，正極的電極反應(yīng)式為2H⁺+2e^-═H₂↑．在NaOH溶液中，鋁比鎂活潑，鋁電極作負極，負極的電極反應(yīng)式為Al-3e^-+4OH^-═AlO₂^-+2H₂O，
故答案為：2H⁺+2e^-═H₂↑；Al-3e^-+4OH^-═AlO₂^-+2H₂O；
②在濃硝酸中，鐵被鈍化，鐵電極作正極，正極上發(fā)生NO₃^-的還原反應(yīng)，產(chǎn)生氣泡，
裝置d相當(dāng)于金屬鐵發(fā)生吸氧腐蝕，銅電極作正極，正極的電極反應(yīng)式為O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-，
故答案為：鐵；O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-；
（2）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，當(dāng)消耗甲烷的體積為22.4L（標況下）即1mol時，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為8mol，此時消耗的溶液中KOH的物質(zhì)的量為2mol，剩余的氫氧化鉀濃度為

4mol-2mol

2L

=1mol/L．
故答案為：CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O；8mol；1mol/L；
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)①②③，得到K₂CO₃和KHCO₃溶液，則總反應(yīng)式為：CH₄+2O₂+K₂CO₃═2KHCO₃+H₂O，故答案為：CH₄+2O₂+K₂CO₃═2KHCO₃+H₂O．

點評：本題考查了原電池、燃料電池、電解池的工作原理和規(guī)律等重要考點，涉及的知識點較多，綜合性較強，難度較大．