Question

將CH₄設計成燃料電池，其利用率更高，裝置示意如圖（A、B為多孔性碳棒）持續通入甲烷，在標準狀況下，消耗甲烷體積VL．
（1）0＜V≤22.4L時，電池總反應的化學方程式為

 

（2）22.4L＜V≤44.8L時，負極電極反應為

 

（3）V=33.6L時，溶液中陰離子濃度大小關系為

 

．

Answer 1

考點：原電池和電解池的工作原理,離子濃度大小的比較

專題：

分析：（1）n（KOH）=2mol/L×1L=2mol，該裝置是燃料電池，負極上甲烷失電子發生氧化反應，正極上氧氣得電子發生還原反應，根據原子守恒得0＜n（CO₂）≤1mol，二氧化碳不足量，則二者反應生成碳酸鉀；
（2）根據原子守恒得1＜n（CO₂）≤2mol，二者反應生成碳酸氫鉀；
（3）當V=33.6L時，n（CO₂）=1.5mol，設碳酸鉀的物質的量為x、碳酸氫鉀的物質的量為y，根據K原子、C原子守恒得

x+y=1.5 2x+y=2

，解得

x=0.5 y=1

，碳酸根離子水解程度大于碳酸氫根離子，據此計算離子濃度大�。�

解答： 解：（1）n（KOH）=2mol/L×1L=2mol，該裝置是燃料電池，負極上甲烷失電子發生氧化反應，正極上氧氣得電子發生還原反應，根據原子守恒得0＜n（CO₂）≤1mol，二氧化碳不足量，則二者反應生成碳酸鉀，電池反應式為CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，故答案為：CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O；
（2）根據原子守恒得1＜n（CO₂）≤2mol，二者反應生成碳酸氫鉀，所以負極反應式為CH₄-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O=10HCO₃^-，故答案為：CH₄-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O=10HCO₃^-；
（3）當V=33.6L時，n（CO₂）=1.5mol，設碳酸鉀的物質的量為x、碳酸氫鉀的物質的量為y，根據K原子、C原子守恒得

x+y=1.5 2x+y=2

，解得

x=0.5 y=1

，碳酸根離子水解程度大于碳酸氫根離子，但水解程度較小，所以溶液中離子濃度大小順序為c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-），故答案為：c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）．

點評：本題以原電池原理為載體考查物質之間的反應，明確二氧化碳和KOH反應產物是解本題關鍵，難點是電極反應式的書寫，要結合電解質溶液酸堿性書寫，題目難度中等．