Question

12．1999年11月7日在蘭州召開的一次能源地質(zhì)國際研討會傳出訊息：“可燃冰”將幫助人類擺脫日益臨近的能源危機．“可燃冰”是水與天然氣相互作用形成的晶體物質(zhì)，主要存在于冰土層和海底大陸坡中：據(jù)測定每0.1m³固體“可燃冰”可釋放出20m³的甲烷氣體．
（1）甲烷燃料電池是一種新型的電池，電池的構造如圖1所示：兩個電極均由多孔碳制成，通入的氣體由孔隙中流出，并從電極表面放出．

①請寫出甲烷燃料電池中a極的電極反應式為CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O．
②此時電池內(nèi)的總反應方程式為CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O．
（2）某課外活動小組利用如圖2所示裝置探究甲烷與氯氣的反應．根據(jù)題意，回答下列問題：
①實驗中可觀察的實驗現(xiàn)象有：量筒內(nèi)壁出現(xiàn)油狀液滴，飽和食鹽水中有少量固體析出，量筒內(nèi)黃綠色氣體顏色變淺，量筒內(nèi)液面上升．
②寫出甲烷與氯氣反應的化學方程式（只寫一個）CH₄+Cl₂$\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl；該反應屬于取代反應反應．

Answer 1

分析 （1）①通入燃料甲烷的一極a為電源的負極，發(fā)生氧化反應，通入氧氣的一極b為原電池的正極，發(fā)生還原反應；
②兩極相加得到甲烷燃料電池的總反應；
（2）①甲烷與氯氣反應生成氯化氫和鹵代烴，氯氣消耗所以量筒內(nèi)顏色變淺，氣體減少所以壓強減小，量筒內(nèi)的壓強減小，量筒內(nèi)液面上升，因生成的HCl易溶于水，溶液中Cl^-濃度增大，使氯化鈉的溶解平衡逆向移動，反應生成CH₂Cl₂、CHCl₃、CCl₄常溫下是無色油液體；
②甲烷與氯氣發(fā)生取代反應生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷和HCl．

解答 解：（1）①甲烷燃料電池的總反應為：通入燃料甲烷的一極a為電源的負極，發(fā)生氧化反應，由于電解質(zhì)溶液呈堿性，則負極電極反應式為：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O，正極電極反應式為：2O₂+8e^-+4H₂O=8OH^-，
故答案為：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O；
②兩式相加得到總反應方程式為：CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，
故答案為：CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O；
（2）①甲烷與氯氣反應生成氯化氫和鹵代烴，氯氣消耗所以量筒內(nèi)顏色變淺，氣體減少所以壓強減小，量筒內(nèi)的壓強減小，量筒內(nèi)液面上升．因生成的HCl易溶于水，溶液中Cl^-濃度增大，使氯化鈉的溶解平衡逆向移動，反應生成CH₂Cl₂、CHCl₃、CCl₄常溫下是無色油液體，所以看到的現(xiàn)象有：量筒內(nèi)壁出現(xiàn)油狀液滴，飽和食鹽水中有少量固體析出，量筒內(nèi)黃綠色氣體顏色變淺，量筒內(nèi)液面上升，
故答案為：量筒內(nèi)壁出現(xiàn)油狀液滴，飽和食鹽水中有少量固體析出，量筒內(nèi)黃綠色氣體顏色變淺，量筒內(nèi)液面上升；
②甲烷與氯氣發(fā)生取代反應生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷和HCl，反應之一為CH₄+Cl₂$\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl，取代反應，
故答案為：CH₄+Cl₂$\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl；取代反應．

點評 本題考查了燃料電池的工作原理以及甲烷的性質(zhì)，注意電極反應式的書寫要注意結合電解質(zhì)溶液判斷電極上的生成物，難度中等．