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甲烷作為一種新能源在化學領域應用廣泛,請回答下列問題:

(1)高爐冶鐵過程中,甲烷在催化反應室中產生水煤氣(CO和H2)還原氧化鐵,有關反應為: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

則CH4與O2反應生成CO和H2的熱化學方程式為_______________________________

(2)如下圖所示,裝置Ⅰ為甲烷燃料電池(電解質溶液為KOH溶液),通過裝置Ⅱ實現鐵棒上鍍銅。

 

①a處應通入________(填“CH4”或“O2”),b處電極上發(fā)生的電極反應式是______________________________

②電鍍結束后,裝置Ⅰ中溶液的pH________(填寫“變大”“變小”或“不變”,下同),裝置Ⅱ中Cu2+的物質的量濃度________;

③電鍍結束后,裝置Ⅰ溶液中的陰離子除了OH-以外還含有________(忽略水解);

④在此過程中若完全反應,裝置Ⅱ中陰極質量變化12.8 g,則裝置Ⅰ中理論上消耗甲烷________L(標準狀況下)。

 

(1)2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g)

ΔH=-46 kJ·mol-1

(2)①CH4 O2+2H2O+4e-=4OH-、谧冃

不變、跜O ④1.12

【解析】(1)根據蓋斯定律,將第一個熱化學方程式乘以2,與第二個相加得2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g) ΔH=-46 kJ·mol-1。

(2)由于Fe棒上鍍Cu,則Cu棒發(fā)生氧化反應,作陽極,b電極作正極,a電極作負極,CH4在a處通入,O2在b處通入,由于KOH作電解質溶液,則b極反應式為O2+2H2O+4e-=4OH-;電鍍過程中電解質溶液不參與電極反應,各離子濃度均不變;CH4燃料電池中的化學方程式為CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O,可得溶液中存在CO,再由電子守恒得CH4~4Cu,則12.8 g Cu的物質的量為0.2 mol,消耗CH4為=0.05 mol,在標準狀況下的體積為0.05 mol×22.4 L·mol-1=1.12 L。

 

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