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________(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)。
(1)2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g)
ΔH=-46 kJ·mol-1
(2)①CH4 O2+2H2O+4e-=4OH- ②变小
不变 ③CO ④1.12
(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CO,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。