Question

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VL．
（1）0＜V≤22.4L時(shí)，電池總反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

（2）22.4L＜V≤44.8L時(shí)，負(fù)極電極反應(yīng)為

 

（3）V=33.6L時(shí)，溶液中陰離子濃度大小關(guān)系為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：原電池和電解池的工作原理,離子濃度大小的比較

專(zhuān)題：

分析：（1）n（KOH）=2mol/L×1L=2mol，該裝置是燃料電池，負(fù)極上甲烷失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)原子守恒得0＜n（CO₂）≤1mol，二氧化碳不足量，則二者反應(yīng)生成碳酸鉀；
（2）根據(jù)原子守恒得1＜n（CO₂）≤2mol，二者反應(yīng)生成碳酸氫鉀；
（3）當(dāng)V=33.6L時(shí)，n（CO₂）=1.5mol，設(shè)碳酸鉀的物質(zhì)的量為x、碳酸氫鉀的物質(zhì)的量為y，根據(jù)K原子、C原子守恒得

x+y=1.5 2x+y=2

，解得

x=0.5 y=1

，碳酸根離子水解程度大于碳酸氫根離子，據(jù)此計(jì)算離子濃度大小．

解答： 解：（1）n（KOH）=2mol/L×1L=2mol，該裝置是燃料電池，負(fù)極上甲烷失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)原子守恒得0＜n（CO₂）≤1mol，二氧化碳不足量，則二者反應(yīng)生成碳酸鉀，電池反應(yīng)式為CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，故答案為：CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O；
（2）根據(jù)原子守恒得1＜n（CO₂）≤2mol，二者反應(yīng)生成碳酸氫鉀，所以負(fù)極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O=10HCO₃^-，故答案為：CH₄-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O=10HCO₃^-；
（3）當(dāng)V=33.6L時(shí)，n（CO₂）=1.5mol，設(shè)碳酸鉀的物質(zhì)的量為x、碳酸氫鉀的物質(zhì)的量為y，根據(jù)K原子、C原子守恒得

x+y=1.5 2x+y=2

，解得

x=0.5 y=1

，碳酸根離子水解程度大于碳酸氫根離子，但水解程度較小，所以溶液中離子濃度大小順序?yàn)閏（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-），故答案為：c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）．

點(diǎn)評(píng)：本題以原電池原理為載體考查物質(zhì)之間的反應(yīng)，明確二氧化碳和KOH反應(yīng)產(chǎn)物是解本題關(guān)鍵，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)，要結(jié)合電解質(zhì)溶液酸堿性書(shū)寫(xiě)，題目難度中等．