Question

【题目】CH4既是一种重要的能源，也是一种重要的化工原料。

（1）以CH4为燃料可设计成结构简单、能量转化率高、对环境无污染的燃料电池，其工作原理如图甲所示，则通入a气体的电极反应式为_____________，通入b气体的电极反应式为 _____________________。（质子交换膜只允许H+通过）

（2）在一定温度和催化剂作用下，CH4与CO2可直接转化成乙酸，这是实现“减排”的一种研究方向。

①在不同温度下，催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图乙所示，则该反应的最佳温度应控制在 _________左右。

②该反应催化剂的有效成分为偏铝酸亚铜（CuAlO2，难溶物）。将CuAlO2溶解在稀硝酸中生成两种盐并放出NO气体，其离子方程式为 _______________________________。

（3）CH4还原法是处理NOx气体的一种方法。已知一定条件下CH4与NOx反应转化为N2和CO2，若标准状况下11.2 L CH4可处理22.4 L NOx，则x值为________。

Answer 1

【答案】 CH4－8e- + 4H2O = 2CO2 + 8 H+ O2 + 4 e- + 4 H+ = 2 H2O 250℃ 3 CuAlO2 + 16 H+ + NO3- = NO↑+ 3 Al3+ + 3Cu2+ + 8H2O 2

【解析】（1）由图可知，通入气体a的一端发生氧化反应，故应通入甲烷，该极为负极，电极反应式为CH4－8e- + 4H2O＝2CO2 + 8H+；通入b为氧气，获得电子，酸性条件下生成水，正极电极反应式为：O2+4e-+4H+ =2H2O；（2）①250℃时乙酸反应速率最大、催化活性，故选择250℃；②CuAlO2溶解在稀硝酸中生成两种盐并放出NO气体，生成的盐为硝酸铝、硝酸铜，反应还有水生成，反应离子方程式为：3CuAlO2+16H++NO3- =NO↑+3Al3++3Cu2+ + 8H2O；（3）根据电子转移守恒，则：11.2L×[4-（-4）]=22.4L×2x，解得x=2。