题目

题型：不详难度：来源：

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(CO和H₂)还原氧化铁，有关反应为：CH₄(g)＋CO₂(g)=2CO(g)＋2H₂(g)　ΔH＝＋260 kJ·mol^－1
已知：2CO(g)＋O₂(g)=2CO₂(g)  ΔH＝－566 kJ·mol^－1
则CH₄与O₂反应生成CO和H₂的热化学方程式为_______________________________
(2)如下图所示，装置Ⅰ为甲烷燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)，通过装置Ⅱ实现铁棒上镀铜。

①a处应通入________(填“CH₄”或“O₂”)，b处电极上发生的电极反应式是______________________________
②电镀结束后，装置Ⅰ中溶液的pH________(填写“变大”“变小”或“不变”，下同)，装置Ⅱ中Cu^2＋的物质的量浓度________；
③电镀结束后，装置Ⅰ溶液中的阴离子除了OH^－以外还含有________(忽略水解)；
④在此过程中若完全反应，装置Ⅱ中阴极质量变化12.8 g，则装置Ⅰ中理论上消耗甲烷________L(标准状况下)。

答案

(1)2CH₄(g)＋O₂(g)=2CO(g)＋4H₂(g)
ΔH＝－46 kJ·mol^－1
(2)①CH₄　O₂＋2H₂O＋4e^－=4OH^－　②变小
不变　③CO　④1.12

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2CH₄(g)＋O₂(g)=2CO(g)＋4H₂(g)　ΔH＝－46 kJ·mol^－1。
(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，CH₄在a处通入，O₂在b处通入，由于KOH作电解质溶液，则b极反应式为O₂＋2H₂O＋4e^－=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CH₄＋2O₂＋2KOH=K₂CO₃＋3H₂O，可得溶液中存在CO，再由电子守恒得CH₄～4Cu，则12.8 g Cu的物质的量为0.2 mol，消耗CH₄为＝0.05 mol，在标准状况下的体积为0.05 mol×22.4 L·mol^－1＝1.12 L。