Question

9．CH₄既是一種重要的能源，也是一種重要的化工原料．

（1）已知8.0gCH₄完全燃燒生成液體水放出444.8kJ熱量．若甲烷燃燒放熱889.6kJ的熱量，需要標(biāo)況下空氣的體積為22.4L．
（2）以CH₄為燃料可設(shè)計成結(jié)構(gòu)簡單、能量轉(zhuǎn)化率高、對環(huán)境無污染的燃料電池，其工作原理如圖甲所示，則通入b氣體的電極名稱為正極（選填“正極”或“負(fù)極”），通入a氣體的電極反應(yīng)式為CH₄+2H₂O-8eˉ═CO₂+8H⁺．
（3）在一定溫度和催化劑作用下，CH₄與CO₂可直接轉(zhuǎn)化成乙酸，這是實現(xiàn)“減排”的一種研究方向．
①在不同溫度下，催化劑的催化效率與乙酸的生成速率如圖乙所示，則該反應(yīng)的最佳溫度應(yīng)控制在250℃左右．
②該反應(yīng)催化劑的有效成分為偏鋁酸亞銅 （CuAlO₂，難溶物）．將CuAlO₂溶解在稀硝酸中生成兩種鹽并放出NO氣體，其離子方程式為3 CuAlO₂+16 H⁺+NO₃^-=NO↑+3 Al³⁺+3Cu²⁺+8H₂O．
③CH₄還原法是處理NOx氣體的一種方法．已知一定條件下CH₄與NOx反應(yīng)轉(zhuǎn)化為N₂和CO₂，若標(biāo)準(zhǔn)狀況下8.96L CH₄可處理22.4LNOx，則x值為1.6．

Answer 1

分析 （1）計算1mol甲烷完全放熱放出的熱量，反應(yīng)放熱△H＜0；
（2）由圖可知，通入氣體a的一端發(fā)生氧化反應(yīng)，故應(yīng)通入甲烷，該極為負(fù)極，通入b為氧氣，獲得電子，酸性條件下生成水；
（3）①根據(jù)乙酸反應(yīng)速率最大、催化活性最高選擇；
②CuAlO₂溶解在稀硝酸中生成兩種鹽并放出NO氣體，生成的鹽為硝酸鋁、硝酸銅，反應(yīng)還有水生成，配平書寫離子方程式；
（4）根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計算．

解答 解：（1）1mol甲烷完全放熱放出的熱量為444.8kJ×$\frac{1mol×16g/mol}{8g}$=889.6kJ，所以消耗甲烷1mol，需要標(biāo)況下空氣的體積為22.4L，故答案為：22.4L；
（2）由圖可知，通入氣體a的一端發(fā)生氧化反應(yīng)，故應(yīng)通入甲烷，該極為負(fù)極，電極反應(yīng)式為：CH₄+2H₂O-8eˉ═CO₂+8H⁺，通入b為氧氣，獲得電子，酸性條件下生成水，正極電極反應(yīng)式為：O₂+4e^-+4 H⁺=2H₂O，故答案為：正極；CH₄+2H₂O-8eˉ═CO₂+8H⁺；
（3）①250℃時乙酸反應(yīng)速率最大、催化活性，故選擇250℃，故答案為：250℃；
②CuAlO₂溶解在稀硝酸中生成兩種鹽并放出NO氣體，生成的鹽為硝酸鋁、硝酸銅，反應(yīng)還有水生成，反應(yīng)離子方程式為：3 CuAlO₂+16 H⁺+NO₃^-=NO↑+3 Al³⁺+3Cu²⁺+8H₂O，故答案為：3 CuAlO₂+16 H⁺+NO₃^-=NO↑+3 Al³⁺+3Cu²⁺+8H₂O；
（4）根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，則：8.96L×[4-（-4）]=22.4L×2x，解得x=1.6，故答案為：1.6．

點評 本題屬于拼合型題目，涉及反應(yīng)熱計算、原電池、反應(yīng)條件控制、離子方程式書寫、氧化還原反應(yīng)計算等，是對學(xué)生綜合能力的考查，難度中等．