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【题目】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)。

【答案】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。

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C.达到平衡的时间 D.平衡时体系压强

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