Question

【題目】CH4（其中C為－4價）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完全燃燒生成二氧化碳和液態水時放出444.8kJ熱量。若一定量的甲烷完全燃燒生成二氧化碳和液態水時放出1334.4kJ的熱量，則需要標準狀況下的氧氣約___L。

（2）以CH4為燃料可設計成結構簡單、能量轉化率高、對環境無污染的燃料電池，其工作原理如圖甲所示，通入2.24L（已換算為標準狀況）a氣體時，通過質子交換膜轉移的H+數目為___（設NA為阿伏加德羅常數的值）。

（3）在一定溫度和催化劑作用下，CH4與CO2可直接轉化成乙酸，這是實現“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，則該反應的最佳溫度應控制在___℃左右。

②該反應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，其反應的離子方程式為___。

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反應轉化為N2、CO2和H2O，若標準狀況下8.96LCH4可處理22.4LNOx，則x值為___。

Answer 1

【答案】67.2 0.8NA 250℃ 3CuAlO2+16H++NO3-=3Al3++3Cu2++NO↑+8H2O 1.6

【解析】

（1）已知8.0gCH4完全燃燒生成液體水放出444.8kJ熱量，則1mol即16g燃燒放出的熱量為kJ，現有一定量的甲烷完全燃燒生成二氧化碳和液態水時放出1334.4kJ的熱量，甲烷的物質的量為mol=1.5mol，根據1mol甲烷完全燃燒需要2mol氧氣，故1.5mol甲烷完全燃燒需要3mol氧氣，故標況下氧氣的體積為3mol22.4L/mol=67.2L，故答案為：67.2；

（2）由圖可知，通入氣體a的一端發生氧化反應，故應通入甲烷，該極為負極，通入b為氧氣，獲得電子，酸性條件下結合氫離子生成水，負極電極反應式為：CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+，正極反應式為：O2+4e-+4H+=2H2O，當1mol甲烷反應時通過質子交換膜轉移的H+為8mol，2.24L甲烷為0.1mol，故反應完通過質子交換膜轉移的H+數目為0.8NA；故答案為：0.8NA；

（3）①從圖象可知：250℃時乙酸反應速率最大、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，反應還有水生成，反應離子方程式為：3CuAlO2+16H++NO3-=NO↑+3Al3++3Cu2++8H2O；故答案為：3CuAlO2+16H++NO3-=NO↑+3Al3++3Cu2++8H2O；

③根據得失電子轉移守恒，則：8.96L×[4-（-4）]=22.4L×2x，解得x=1.6；故答案為：1.6。