Question

（正常进度）
（1）写出以30% KOH溶液为电解质溶液，甲烷燃料电池的负极电极反应式

 

．
（2）在标准状况下，甲烷和氧气的混合气体224mL，充分燃烧后，将生成的气体通入100mL 0.02mol/L的石灰水，得到0.1g白色沉淀．求混合气体中甲烷和氧气的体积比．

Answer 1

分析：（1）燃料电池中，负极上燃料失电子发生氧化反应；
（2）甲烷燃烧生成二氧化碳和水，二氧化碳和氢氧化钙反应生成碳酸钙白色沉淀，碳酸钙和二氧化碳、水反应生成碳酸氢钙，分情况讨论，当二氧化碳不足量时，结合碳原子守恒根据碳酸钙的量计算甲烷的量，从而得出甲烷和氧气的体积比；当二氧化碳过量时，根据钙元素守恒计算二氧化碳的量，再结合碳原子守恒计算甲烷的量，从而得出甲烷和氧气的体积比．

解答：解：（1）甲烷燃料电池中，负极上甲烷失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案为：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
（2）混合气体的物质的量=

0.224L

22.4L/mol

=0.01mol，
涉及的化学方程式：CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O、CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+H₂O、CaCO₃+CO₂+H₂O═Ca（HCO₃）₂ ，
根据方程式知，白色沉淀是碳酸钙，碳酸钙的物质的量=

0.1g

100g

=0.001mol，
氢氧化钙的物质的量=0.02mol/L×0.1L=0.002mol，
当生成的CO₂刚好为0.001mol时，根据碳原子守恒知，n（CaCO₃）=n（CH₄）=0.001mol，则氧气的物质的量是0.009mol，则甲烷与氧气的体积比为1：9；
当生成的CO₂过量时，n（CaCO₃）=0.001mol，根据钙原子守恒知，n（Ca（HCO₃）₂ ）=0.001mol，
根据碳原子守恒得，n（CH₄）=n（CO₂）=0.001mol+0.002mol=0.003mol，则氧气的物质的量=0.007mol，所以甲烷与氧气的体积比为3：7，
故答案为：1：9或3：7．

点评：本题考查燃料电池及物质的量的有关计算，注意计算时要分情况讨论，易漏掉二氧化碳过量的情况，为易错点．