Question

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)。

Answer

2CH4(g)＋O2(g)===2CO(g)＋4H2(g) ΔH＝－46 kJ·mol－1 CH4 O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 变小 不变 CO32－ 1.12

【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溶液作电解质溶液，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CO32-，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。