Question

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”)，a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Cu²⁺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________________ ；

④在此过程中若完全反应，装置Ⅱ中阴极质量变化6.4 g，则装置Ⅰ中理论上消耗甲烷__________L(标准状况下)。

Answer

CH4 CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O 变小 不变 CO32- 0.56

【解析】

①II中首先镀铜，则Cu作阳极、Fe作阴极，I中a处电极为负极、b处电极为正极，负极上通入燃料、正极上通入氧化剂；甲烷失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水；

②根据I中氢氧根离子浓度变化确定溶液pH变化；II中发生电镀，阳极上溶解的铜质量等于阴极上析出铜的质量；

③I中还有碳酸根离子生成；

④根据转移电子相等计算消失甲烷的体积。

①装置II中实现铁上镀铜，则Cu作阳极、Fe作阴极，I中a处电极为负极、b处电极为正极，负极上通入燃料、正极上通入氧化剂，所以a处通入的气体是甲烷；甲烷失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，电极反应为CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O，b处通的是氧气，电极上发生的电极反应式是：O2+2H2O+4e-=4OH-；

②根据I中电池反应为CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O，KOH参加反应导致溶液中KOH浓度降低，所以溶液的pH减小；

II中发生电镀，阳极上溶解的铜质量等于阴极上析出铜的质量，因此溶液中铜离子浓度不变；

③I中负极反应为CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O，所以溶液中除了含有OH-外，还有CO32-；

④n(Cu)==0.1 mol，Cu是+2价的金属，所以反应过程中电子转移的物质的量为0.1 mol×2=0.2 mol，由于串联电路中转移电子相等，所以反应消耗甲烷的体积V(CH4)=×22.4 L/mol=0.56 L。