Question

8．近幾年，我國因為汽車尾氣對環(huán)境的污染日趨嚴(yán)重，清潔能源的燃料電池汽車逐漸進入市場，已知甲烷的燃燒熱為分別為890KJ•mol^-1，某電池用甲烷作為燃料，電池中以0.6molKOH溶液為電解質(zhì)溶液，有關(guān)這類電池的說法不正確的（　�。�

• A． 這類電池的正極反應(yīng)與金屬的吸氧腐蝕正極反應(yīng)相似
• B． 每轉(zhuǎn)移1mol電子則這種電池產(chǎn)生電能為0.5度電
• C． 電池的負(fù)極反應(yīng)為：CH₄+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O+8e^-
• D． 當(dāng)消耗0.4mol燃料時，電池中的各種離子的濃度關(guān)系為：C（K⁺）＞C（HCO₃^-）＞C（CO₃^2-）＞C（OH^-）＞C（H⁺）

Answer 1

分析 根據(jù)題意可知，此電池為堿性甲烷燃料電池，負(fù)極上甲烷放電，正極上氧氣放電，總反應(yīng)為：CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O，即可寫出正負(fù)極反應(yīng)，而此反應(yīng)轉(zhuǎn)移8mol電子，故當(dāng)轉(zhuǎn)移1mol電子時消耗的甲烷的物質(zhì)的量為$\frac{1}{8}$mol，根據(jù)能量的轉(zhuǎn)化形式來分析產(chǎn)生的電能；當(dāng)消耗0.4mol燃料時，生成0.4mol二氧化碳，結(jié)合0.6molKOH的量來分析所得溶液中的溶質(zhì)的物質(zhì)的量，并比較出離子濃度．

解答 解：此電池為堿性甲烷燃料電池，負(fù)極上甲烷放電，正極上氧氣放電，總反應(yīng)為：CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O．
A、此電池的正極反應(yīng)為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，和金屬的吸氧腐蝕的正極反應(yīng)相同，故A正確；
B、原電池的總反應(yīng)為CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O，此反應(yīng)轉(zhuǎn)移8mol電子，故當(dāng)轉(zhuǎn)移1mol電子時消耗的甲烷的物質(zhì)的量為$\frac{1}{8}$mol，但原電池在反應(yīng)時，能量的轉(zhuǎn)化率并不是100%，還有部分熱能產(chǎn)生，故產(chǎn)生的電能小于0.5度，故B錯誤；
C、在負(fù)極上放電的是甲烷，由于是堿性環(huán)境，故碳元素轉(zhuǎn)化為CO₃^2-，故電極反應(yīng)為：CH₄+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O+8e^-，故C正確；
D、當(dāng)燃料為0.4mol時，生成的二氧化碳的物質(zhì)的量也為0.4mol，而電解質(zhì)溶液中KOH的物質(zhì)的量為0.6mol，設(shè)所得的溶液中K₂CO₃的物質(zhì)的量為xmol，KHCO₃的物質(zhì)的量為ymol，則有：x+y=0.4 ①2x+y=0.6 ②解①②得x=0.2mol  y=0.2mol．即所得的溶液為物質(zhì)的量均為0.2mol的K₂CO₃和KHCO₃的混合物．溶液水解顯堿性，且由于CO₃^2-的水解程度大于HCO₃^-的水解程度，故溶液中的離子濃度關(guān)系為：C（K⁺）＞C（HCO₃^-）＞C（CO₃^2-）＞C（OH^-）＞C（H⁺），故D正確．
故選B．

點評 本題考查了燃料電池的總反應(yīng)、正負(fù)極反應(yīng)的書寫和離子濃度大小比較，應(yīng)注意的是電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，但能量的轉(zhuǎn)化并不是百分之百，仍有一部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，故得到的電能小于理論值．