Question

15．合理利用碳?xì)浠�合物以及二氧化碳捕集、存�?chǔ)和轉(zhuǎn)化是當(dāng)今化學(xué)研究的熱點(diǎn)問題之一．
（1）將CH₄設(shè)計(jì)成燃料電池，其利用率更高，裝置示意如圖（A、B為多孔性碳棒）．持續(xù)通入甲烷，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，消耗甲烷體積0＜V＜44.8L時(shí)，負(fù)極電極反應(yīng) 為CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
（2）若以該燃料電池作為電源，用石墨作電極電解500mL 飽和食鹽水，當(dāng)兩極共收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體1.12L（以不考慮氣體的溶解）時(shí)，所得溶液的pH=13（假設(shè)反應(yīng)前后溶液體積不變）．

Answer 1

分析 （1）甲烷燃料堿性電池中，負(fù)極上甲烷失電子和KOH反應(yīng)生成碳酸鉀和水；
（2）用石墨電解飽和食鹽水時(shí)電池反應(yīng)式為2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2NaOH，如果兩個(gè)電極上共收集到標(biāo)況下的1.12L氣體，則每個(gè)電極上得到氣體物質(zhì)的量=$\frac{\frac{1.12L}{22.4L/mol}}{2}$=0.025mol，根據(jù)氫氣和NaOH之間的關(guān)系式得n（NaOH）=2n（H₂）=2×0.025mol=0.05mol，c（NaOH）=$\frac{0.05mol}{0.5L}$=0.1mol/L，溶液中c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{0.1}$mol/L=10^-13 mol/L，pH=-lgc（H⁺）．

解答 解：（1）甲烷燃料堿性電池中，負(fù)極上甲烷失電子和KOH反應(yīng)生成碳酸鉀和水，則負(fù)極電極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
（2）用石墨電解飽和食鹽水時(shí)電池反應(yīng)式為2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2NaOH，如果兩個(gè)電極上共收集到標(biāo)況下的1.12L氣體，則每個(gè)電極上得到氣體物質(zhì)的量=$\frac{\frac{1.12L}{22.4L/mol}}{2}$=0.025mol，根據(jù)氫氣和NaOH之間的關(guān)系式得n（NaOH）=2n（H₂）=2×0.025mol=0.05mol，c（NaOH）=$\frac{0.05mol}{0.5L}$=0.1mol/L，溶液中c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{0.1}$mol/L=10^-13 mol/L，pH=-lgc（H⁺）=-lg10^-13=13，
故答案為：13．

點(diǎn)評(píng) 本題考查原電池和電解池原理，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查電極反應(yīng)式的書寫及基本計(jì)算，明確各個(gè)電極上發(fā)生的反應(yīng)及各個(gè)物理量之間的關(guān)系是解本題關(guān)鍵，注意電極反應(yīng)式的書寫要結(jié)合電解質(zhì)溶液酸堿性書寫，題目難度不大．