Question

9．CH₄既是一种重要的能源，也是一种重要的化工原料．

（1）已知8.0gCH₄完全燃烧生成液体水放出444.8kJ热量．若甲烷燃烧放热889.6kJ的热量，需要标况下空气的体积为22.4L．
（2）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b气体的电极名称为正极（选填“正极”或“负极”），通入a气体的电极反应式为CH₄+2H₂O-8eˉ═CO₂+8H⁺．
（3）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250℃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 CuAlO₂+16 H⁺+NO₃^-=NO↑+3 Al³⁺+3Cu²⁺+8H₂O．
③CH₄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8.96L CH₄可处理22.4LNOx，则x值为1.6．

Answer 1

分析 （1）计算1mol甲烷完全放热放出的热量，反应放热△H＜0；
（2）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，通入b为氧气，获得电子，酸性条件下生成水；
（3）①根据乙酸反应速率最大、催化活性最高选择；
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，配平书写离子方程式；
（4）根据电子转移守恒计算．

解答 解：（1）1mol甲烷完全放热放出的热量为444.8kJ×$\frac{1mol×16g/mol}{8g}$=889.6kJ，所以消耗甲烷1mol，需要标况下空气的体积为22.4L，故答案为：22.4L；
（2）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+2H₂O-8eˉ═CO₂+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^-+4 H⁺=2H₂O，故答案为：正极；CH₄+2H₂O-8eˉ═CO₂+8H⁺；
（3）①250℃时乙酸反应速率最大、催化活性，故选择250℃，故答案为：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：3 CuAlO₂+16 H⁺+NO₃^-=NO↑+3 Al³⁺+3Cu²⁺+8H₂O，故答案为：3 CuAlO₂+16 H⁺+NO₃^-=NO↑+3 Al³⁺+3Cu²⁺+8H₂O；
（4）根据电子转移守恒，则：8.96L×[4-（-4）]=22.4L×2x，解得x=1.6，故答案为：1.6．

点评 本题属于拼合型题目，涉及反应热计算、原电池、反应条件控制、离子方程式书写、氧化还原反应计算等，是对学生综合能力的考查，难度中等．