Question

天然气(主要成分是甲烷)是一种清洁、高效的能源，现在许多城市家庭用于厨房使用的燃料已经由煤气(主要成分是H₂和CO按体积比1︰1混合的气体混合物)换成了天然气；此外天然气也是很好的燃料电池的燃料，甲烷在燃料电池中的能量转换率可达到85%—90%。请回答下列问题：

（1）以甲烷、空气为反应物，KOH溶液作电解质溶液构成燃料电池，则负极反应式为：            。随着反应的不断进行溶液的pH       (填“增大”“减小”或“不变”)。

（2）如果以该燃料电池为电源、石墨作两极电解饱和食盐水，则该电解过程中阳极反应式为：             ；如果电解一段时间后NaCl溶液的体积为1L，溶液的pH为12，则理论上消耗甲烷在标准状况下的体积为：     mL。

（3）将（2）中电解结束后的溶液取出，向其中加入含有Mg²⁺和Fe²⁺的溶液甲，Mg(OH)₂和Fe(OH)₂同时生成，已知Mg(OH)₂和Fe(OH)₂在该温度下的溶度积常数分别是2×10^—11和8×10^—16，则甲溶液中Mg²⁺和Fe²⁺的浓度之比为：          。

 

Answer 1

【答案】

（1）CH₄＋10OH^－－8e^－=CO₃^2－＋7H₂O　；　减小

（2）Cl^―－2e^－=Cl₂↑　；　28

（3）25000︰1

【解析】

试题分析：（1）以甲烷、空气为反应物，KOH溶液作电解质溶液构成燃料电池，则负极反应式为：CH₄＋10OH^－－8e^－=CO₃^2－＋7H₂O，随着反应的不断进行溶液的OH^-不断被消耗，pH不断减小。

（2）如果以该燃料电池为电源、石墨作两极电解饱和食盐水，则该电解过程中阳极反应式为：Cl^―－2e^－=Cl₂↑；如果电解一段时间后NaCl溶液的体积为1L，溶液的pH为12，产生的OH^-物质的量为0.01mol,转移的电子数有0.01mol，则理论上消耗甲烷在标准状况下的体积为：。

（3）将（2）中电解结束后的溶液取出，向其中加入含有Mg²⁺和Fe²⁺的溶液甲，Mg(OH)₂和Fe(OH)₂同时生成，已知Mg(OH)₂和Fe(OH)₂在该温度下的溶度积常数分别是2×10^—11和8×10^—16，则甲溶液中Mg²⁺和Fe²⁺的浓度之比：

考点：燃料电池

点评：本题综合考查了燃料电池原理和电解池原理等知识，以及相关的计算题，具有一定的难度，解题的关键是要正确写出正负两的反应，电子转移情况，结合题干，找准计算量，逐一解答。