Question

能源、环境与人类的生活和社会发展密切相关。低碳、环保,能源的综合利用是是当今的热门话题。英国蒂斯河畔斯托克顿市的“空气燃料合成公司冶竟真的发明出了一种将空气变成汽油的高科技技术，而美国科学家最早设计出以甲烷等碳氢化合物为燃料的新型电池，大大提高天然气的利用效率。据此，回答下列问题：

（1）“空气变汽油”这项科技解决环境问题的意义是_______________________；

（2）“空气变汽油”其原理可简化如下：

则：

①合成路线中，NaOH 和盐酸都可以循环利用，写出有关反应式______________________；

②转变过中，100g5%Na₂CO₃溶液，电解后，溶液浓度变为10%，则生成标准状况下的氢气多少升?

（3）天然气燃料电池最大的障碍是氧化反应不完全，产生________ (填写化学式)堵塞电极的气体通道，有人估计，完全避免这种副反应至少还需10年时间。

（4）以下是天然气燃料电池电解精炼铜的装置图：

则，①甲池反应的离子方程式为______________________；

②当乙池中某电极的质量增重12.8g 时,理论上甲池中消耗的CH₄在标准状况下的体积为__________mL，甲池中溶液的pH约为__________(溶液的体积变化忽略不计)；此时向甲池中加入1 L1.0×10^-3mol/L的CaCl₂溶液，则甲池中________(填“有”或“无”)沉淀生成[已知K_sp(CaCO₃)=2.9×10^-9]。

Answer

（1）减少空气中过多的CO2，防止温室效应加剧 （2）①2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑ H2+Cl22HCl ② 62.2L

（3）C （4）①CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O ②1120 13 有

【解析】

试题分析：（1）空气变油会减少空气中过多的CO2，防止温室效应加剧；流程中电解水需要消耗大量的电能。 （2）①电解母液与盐酸反应后的溶液，生成CO2气体外，溶液含大量氯化钠，通电电解，生成NaOH溶液，氯气与氢气可合成 HCl，制盐酸。②100- = 50gH2O生成氢气在标准状况下体积50×1/18×22.4 =62.2L。（3）天然气如果被氧化不完全，则生成固体碳而阻塞电极气体通道。（4）①甲池离子反应,实际上是CH4与O2在碱性条件下的反应：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O；②乙池A极为阴极，B为阳极，电极A应纯铜,，A极有铜析出，质量增加，增重的量为析出铜的质量，12.8g/64g·mol -1 =0.2mol；反应关系式：CH4 ~2OH-~ CO32-~2O2~8e-~4Cu，则甲池消耗的甲烷n(CH4)= 0.2×1/4=0.05mol，标况下的体积1120mL；甲池中消耗的n(OH-)=1/2×n(Cu)= 0.1mol，电解后甲池中c(OH-)=(2-0.1)/1=0. 1mol·L -1 (在强碱性溶液中，CO32-水解忽略)，pH=14-1=13；n(CO32-)=1/4×n(Cu)=1/4×0.2 =0.05mol，两溶液混合后，体积扩大1倍，c(CO32-)= 0.025mol·L -1 ，c(Ca2+)=1/2×1.0×10 -3 =5×10-4 mol·L -1，Qc =0.025×5×10-4 =1.25×10 -5 >Ksp(CaCO3)= 2.9×10 -9，所以有沉淀生成。

考点：考查能源的开发与利用，涉及燃料电池与电解原理的应用。