Question

【題目】甲烷是非常重要的能源和化工原料，請回答下列問題.

(1)如下圖所示，裝置Ⅰ為甲烷燃料電池(電解質(zhì)溶液為H2SO4溶液)，通過裝置Ⅱ?qū)崿F(xiàn)鐵棒鍍銅。

①a處應(yīng)通入______(填“CH4”或“O2”)，b處電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式是___________；

②電鍍結(jié)束后，裝置Ⅰ中溶液的pH______(填寫“變大”“變小”或“不變”，下同)，裝置Ⅱ中Cu2＋的物質(zhì)的量濃度_______；

③若實(shí)驗(yàn)過程中Ⅱ中的銅片質(zhì)量減少了2.56g，則Ⅰ中理論上消耗CH4的體積(標(biāo)準(zhǔn)狀況)______L。

（2）若將裝置Ⅱ中的兩電極均改為石墨惰性電極：

①寫出裝置Ⅱ中發(fā)生的總化學(xué)反應(yīng)方式________________________________。

②若用Ⅱ電解200 mL 0.05 mol·L－1的CuSO4溶液，一段時(shí)間后溶液中的Cu2+恰好完全析出，恢復(fù)至室溫，溶液pH=__________(忽略電解過程中溶液體積變化)；若想將上述電解后的溶液恢復(fù)為與電解前的溶液相同，可以加入一定質(zhì)量的__________(填序號)；

a．Cu b．CuO c．Cu(OH)2 d．CuSO4

Answer 1

【答案】CH4 O2+4H++4e-=2H2O 變大 不變 0.224 2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4 1 b

【解析】

(1)由于Fe棒上鍍Cu，則Cu棒發(fā)生氧化反應(yīng)，作陽極，b電極作正極，a電極作負(fù)極，CH4在a處通入，O2在b處通入，由于硫酸作電解質(zhì)溶液，則b極反應(yīng)式為O2+4H＋+4e－=2H2O；

本題答案：CH4；O2+4H＋+4e－=2H2O；

②裝置Ⅰ中總反應(yīng)為：CH4＋2O2=CO2＋2H2O，水增多溶液體積增大，溶液的pH變大，電鍍過程中兩個(gè)電極生成的銅離子和消耗的銅離子相等，銅離子濃度不變；

本題答案：變大；不變

③CH4燃料電池中的化學(xué)方程式為CH4+2O2=CO2+2H2O，由電子守恒得CH4~4Cu，2.56 g Cu的物質(zhì)的量為0．04 mol，則消耗CH40．01 mol，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為0．01mol×22．4 L·mol-1=0.224L。

本題答案：0.224L

（2）①若將裝置Ⅱ中的兩電極均改為石墨惰性電極，則陰極發(fā)生Cu 2+ +2e - ═Cu，陽極氫氧根離子放電，4OH - -4e - ═2H2O+O 2 ↑，總化學(xué)反應(yīng)方式2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4

本題答案：2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4

②溶液中Cu2+恰好完全反應(yīng)析出后，則析出的n（Cu）=0.2L×0.05 mol/ L=0.01 mol，生成的硫酸為0.01 mol，氫離子為0.02 mol，c（H+）=0.02 mol/0.2L=0.1 mol/ L，pH=1；電解硫酸銅溶液，溶液中的Cu2+恰好完全反應(yīng)析出后，方程式為2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，要想恢復(fù)到與電解前的溶液相同，應(yīng)加入CuO。

本題答案：1；b