Question

16．（1）以二氧化钛表面覆盖Cu₂Al₂O₄为催化剂，可以将CO₂和CH₄直接转化成乙酸．

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1所示，250-300℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的主要原因是温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低．
②将Cu₂Al₂O₄溶解在稀硝酸中的离子方程式为3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O．
③电解尿素[CO（NH₂）₂]的碱性溶液制氢的装置示意图如图2（电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴、阳极均为惰性电极）．电解时，阳极的电极反应式为CO（NH₂）₂+8OH^--6e-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O．
（2）将甲烷和硫反应可以制备CS₂，其流程如图3所示：
①反应1产生两种含硫的物质，则该反应方程式为CH₄+4S→CS₂+2H₂S．
②为了提高CS₂产率，设计反应2和3实现硫单质循环利用，实验时需对反应1出来的气体分流，则进入反应2和反应3的气体物质的量之比为2：1．
③当反应1中每有1molCS₂生成时，反应2中需要消耗O₂的物质的量为3mol．

Answer 1

分析 （1）①由图可知，该催化剂在250℃左右时催化剂效率最高；
②先将Cu₂Al₂O₄拆成氧化物的形式：Cu₂O•Al₂O₃，再根据氧化物与酸反应生成离子方程式，需要注意的是一价铜具有还原性；
③根据图2可知：该电池反应时中，氮元素化合价由-3价变为0价，H元素化合价由+1价变为0价，所以生成氮气的电极是阳极，阳极上尿素失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子、氮气和水；生成氢气的电极是阴极；
（2）甲烷和硫反应可以制备CS₂，其流程：甲烷和硫反应：CH₄+4S→CS₂+2H₂S，分离得到CS₂，为了提高CS₂产率，设计反应2和3实现硫单质循环利用，
反应2为：2H₂S+3O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2SO₂+2H₂O，反应3为2H₂S+SO₂=3S+2H₂O．
①根据题干信息反应1产生两种含硫的物质为二硫化碳和硫化氢；
②根据反应3为2H₂S+SO₂=3S+2H₂O分析；
③当反应1中每有1molCS₂生成时，反应2中有2molH₂S参加反应．

解答 解：（1）①由图可知，该催化剂在250℃左右时催化剂效率最高，温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低，所以温度升高而乙酸的生成速率降低，
故答案：温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低；
②Cu₂Al₂O₄拆成氧化物的形式：Cu₂O•Al₂O₃，与酸反应生成离子方程式：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O，
故答案为：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O；
③由图可知，CO（NH₂）₂在阳极放电生成N₂，C元素价态未变化，故还有碳酸钾生成与水生成；阳极上尿素失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子、氮气和水，电极反应式为CO（NH₂）₂+8OH^--6e-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O，阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子，电极反应式为2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-，
故答案为：CO（NH₂）₂+8OH^--6e-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O；
（2）甲烷和硫反应可以制备CS₂，反应1：CH₄+4S→CS₂+2H₂S，反应2为：2H₂S+3O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2SO₂+2H₂O，反应3为2H₂S+SO₂=3S+2H₂O．
①反应1产生两种含硫的物质，可理解为甲烷高温分解生成碳和氢气，碳和硫反应生成二硫化碳、氢气和硫反应生成硫化氢，所以反应1为：CH₄+4S→CS₂+2H₂S，
故答案为：CH₄+4S→CS₂+2H₂S；
②为了提高CS₂产率，设计反应2和3实现硫单质循环利用，即通过反应3恰当配比实现硫单质循环利用，反应3为2H₂S+SO₂=3S+2H₂O，所以进入反应2为H₂S，反应3的气体为硫化氢燃烧生成的二氧化硫，两者物质的量之比为2：1，
故答案为：2：1；
③反应1：CH₄+4S→CS₂+2H₂S，当反应1中每有1molCS₂生成时，反应2中有2molH₂S参加反应，2H₂S+3O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2SO₂+2H₂O，需3mol氧气，
故答案为：3mol．

点评 本题考查乙酸、CS₂制备，涉及反应条件的分析应用，电解池原理的分析，电极反应书写、硫及其化合物的性质，掌握基础是关键，题目难度中等．