Question

14．（1）為了驗證Fe³⁺與Cu²⁺氧化性強弱，下列裝置（圖1）能達到實驗目的是②．
（2）將CH₄設計成燃料電池，其總利用率比直接燃燒更高，裝置如圖2所示（A、B為多孔碳棒）．

①A（填A或B）處電極入口通甲烷，其電極反應式為CH₄-8e^-+10OH^-CO₃^2-+7H₂O．
②當消耗甲烷的體積為22.4L（標準狀況下）時，假設化學能全部轉化為電能，則導線中轉移電子的物質的量為8mol，消耗KOH的物質的量為2mol．

Answer 1

分析 （1）驗證Fe³⁺與Cu²⁺氧化性強弱，在原電池中，銅作負極、其它導電的金屬或非金屬作正極，電解質溶液為可溶性的鐵鹽；
（2）①根據電子流向知，A為負極、B為正極，燃料電池中通入燃料的電極為負極、通入氧化劑的電極為正極，甲烷失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水；
②根據甲烷和轉移電子、氫氧化鉀之間的關系式計算．

解答 解：（1）驗證Fe³⁺與Cu²⁺氧化性強弱，在原電池中，銅作負極、其它導電的金屬或非金屬作正極，電解質溶液為可溶性的鐵鹽，
①中鐵作負極、Cu作正極，電池反應式為Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，不能驗證Fe³⁺與Cu²⁺氧化性強弱，故錯誤；
②中銅作負極、銀作正極，電池反應式為Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺，能驗證Fe³⁺與Cu²⁺氧化性強弱，故正確；
③中鐵發生鈍化現象，Cu作負極、鐵作正極，電池反應式為：Cu+2NO₃^-+4H⁺=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O，不能驗證Fe³⁺與Cu²⁺氧化性強弱，故錯誤；
④中鐵作負極、銅作正極，電池反應式為：Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺，不能驗證Fe³⁺與Cu²⁺氧化性強弱，故錯誤；
故選②；
（2）①根據電子流向知，A為負極、B為正極，燃料電池中通入燃料的電極為負極、通入氧化劑的電極為正極，所以A處通入甲烷，甲烷失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水，電極反應式為CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O，故答案為：A；CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O；
②甲烷的物質的量為1mol，導線中轉移電子的物質的量=1mol×8=8mol，根據CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O知，消耗KOH的物質的量為甲烷物質的量的2倍，所以消耗氫氧化鉀的物質的量是2mol，
故答案為：8mol；2mol．

點評 本題考查了原電池和電解池原理，根據元素化合價變化確定氧化性強弱，根據方程式中各個物理量之間的關系式進行計算，題目難度不大．