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【题目】甲烷作为一种新能源在化学领域应用广泛,请回答下列问题。

(1)高炉冶铁过程中,甲烷在催化反应室中产生水煤气(COH2)还原氧化铁,有关反应为:CH4(g)CO2(g)===2CO(g)2H2(g) ΔH260 kJ·mol1

已知:2CO(g)O2(g)===2CO2(g)

ΔH=-566 kJ·mol1

CH4O2反应生成COH2的热化学方程式为_________________________________

(2)如下图所示,装置为甲烷燃料电池(电解质溶液为KOH溶液),通过装置实现铁棒上镀铜。

①a处应通入________(“CH4“O2”)b处电极上发生的电极反应式是__________________________________

电镀结束后,装置中溶液的pH________(填写变大”“变小不变,下同),装置Cu2的物质的量浓度________

电镀结束后,装置溶液中的阴离子除了OH以外还含有________(忽略水解)

在此过程中若完全反应,装置中阴极质量变化12.8 g,则装置中理论上消耗甲烷________L(标准状况下)

【答案】2CH4(g)+O2(g)===2CO(g)+4H2(g) ΔH=-46 kJ·mol-1 CH4 O2+2H2O+4e===4OH 变小 不变 CO32- 1.12

【解析】

1)根据盖斯定律,将第一个热化学方程式乘以2,与第二个相加得2CH4g)+O2g=2COg)+4H2gΔH=-46 kJ·mol1

2)由于Fe棒上镀Cu,则Cu棒发生氧化反应,作阳极,b电极作正极,a电极作负极,CH4a处通入,O2b处通入,由于KOH溶液作电解质溶液,则b极反应式为O22H2O4e=4OH,电镀过程中电解质溶液不参与电极反应,各离子浓度均不变;CH4燃料电池中的化学方程式为CH42O22KOH=K2CO33H2O,可得溶液中存在CO32-,再由电子守恒得CH44Cu,则12.8 g Cu的物质的量为0.2 mol,消耗CH40.05 mol,在标准状况下的体积为0.05 mol×22.4 L·mol11.12 L

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