Question

3．CH₄既是一种重要的能源，也是一种重要的化工原料．

（1）已知8.0g CH₄完全燃烧生成液体水放出444.8kJ热量．则
CH₄ （g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-889.6kJ•mol^-1．
（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1所示，则通入a气体的电极名称为负极，通入b气体的电极反应式为O₂+4e^-+4 H⁺=2H₂O．（质子交换膜只允许H⁺通过）
（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2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．
（4）CH₄还原法是处理NO_x气体的一种方法．已知一定条件下CH₄与NO_x反应转化为N₂和CO₂，若标准状况下8.96L CH₄可处理22.4L NO_x，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，故△H=-889.6kJ/mol，故答案为：-889.6；
（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，正极电极反应式为：O₂+4e^-+4 H⁺=2H₂O，故答案为：负极；O₂+4e^-+4 H⁺=2H₂O；
（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．