Question

将CH₄设计成燃料电池，其利用率更高，装置如图所示(A、B为多孔性碳棒)持续通入甲烷，在标准状况下，消耗甲烷体积V L。则下列说法正确的是

A.OH^－由A端移向B端

B.0＜V≤22.4 L时，电池总反应的化学方程式为CH₄ ＋2O₂ ＋KOH=KHCO₃ ＋2H₂O

C.22.4 L＜V≤44.8 L时，负极电极反应为：CH₄ ＋9CO₃^2-＋3H₂O－8e^－=10HCO₃^-

D.V＝33.6 L时，溶液中阴离子浓度大小关系为c(CO₃^2-)＞c(HCO₃^-)＞c(OH^－)

Answer

C

【解析】

n（KOH）=2mol/L×1L=2mol，可能先后发生反应①CH4+2O2=CO2+2H2O、②CO2+2KOH=K2CO3+H2O、③K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3。

A、燃料电池中，通入CH4的一端为原电池的负极，通入空气的一端为原电池的正极，在原电池中阴离子向负极移动，OH-由B端移向A端，故A错误；

B、当0＜V≤22.4L时，0＜n（CH4）≤1mol，则0＜n（CO2）≤1mol，只发生反应①②，且KOH过量，则电池总反应式为CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O，故B错误；

C、当22.4 L＜V≤44.8L，1mol＜n（CH4）≤2mol，则1mol＜n（CO2）≤2mol，发生反应①②③，得到K2CO3和KHCO3溶液，则负极反应式为CH4-8e-+9CO32-+3H2O=10HCO3-，故C正确；

D、当V=33.6L时，n（CH4）=1.5mol，n（CO2）=1.5mol，则电池总反应式为3CH4+6O2+4KOH=K2CO3+2KHCO3+7H2O，则得到0.5molK2CO3和1molKHCO3的溶液，则c（HCO3-）＞c（CO32-）＞c（OH-），故D错误；

故选C。

【点晴】

本题考查了燃料电池的工作原理重要考点，计算要求的综合性较强，本题难度较大。解答本题，要理清思路：燃料电池中，通入燃料的一端为原电池的负极，通入空气的一端为原电池的正极，n（KOH）=2mol/L×1L=2mol，可能先后发生反应①CH4+2O2→CO2+2H2O、②CO2+2KOH=K2CO3+H2O、③K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3；根据甲烷的量计算生成的二氧化碳的量，结合反应方程式判断反应产物及发生的反应。