Question

【題目】CH4既是一種重要的能源，也是一種重要的化工原料。

（1）甲烷高溫分解生成氫氣和碳。在密閉容器中進(jìn)行此反應(yīng)時(shí)要通入適量空氣使部分甲烷燃燒，其目的是________。

（2）以CH4為燃料可設(shè)計(jì)成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能量轉(zhuǎn)化率高、對(duì)環(huán)境無(wú)污染的燃料電池，其工作原理如圖甲所示，則通入a氣體的電極名稱為_____，通入b氣體的電極反應(yīng)式為____。（質(zhì)子交換膜只允許H+通過(guò)）

（3）在一定溫度和催化劑作用下，CH4與CO2可直接轉(zhuǎn)化成乙酸，這是實(shí)現(xiàn)“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(yīng)的最佳溫度應(yīng)控制在__左右。

②該反應(yīng)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，其離子方程式為___________。

（4）CH4還原法是處理NOx氣體的一種方法。已知一定條件下CH4與NOx氣體反應(yīng)轉(zhuǎn)化為N2和CO2，若標(biāo)準(zhǔn)狀況下8.96LCH4可處理22.4LNOx氣體，則x值為________。

Answer 1

【答案】提供CH4分解所需的能量 負(fù)極 O2+4H++4e-=2H2O 250℃ 3CuAlO2+16H++NO3-=3Cu2++3Al3++8H2O+NO↑ 1.6

【解析】

（1）甲烷分解需要熱量，燃燒可提供部分能量；

（2）由圖可知，通入氣體a的一端發(fā)生氧化反應(yīng)，故應(yīng)通入甲烷，該極為負(fù)極，通入b為氧氣，獲得電子，酸性條件下生成水；

（3）①根據(jù)乙酸反應(yīng)速率最大、催化活性最高選擇；

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(yīng)還有水生成，配平書(shū)寫離子方程式；

（4）根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算。

(1)甲烷高溫分解生成氫氣和碳。在密閉容器中進(jìn)行此反應(yīng)時(shí)要通入適量空氣使部分甲烷燃燒，其目的是，提供CH4分解所需的能量，故答案為：提供CH4分解所需的能量；

(2)由圖可知，通入氣體a的一端發(fā)生氧化反應(yīng)，故應(yīng)通入甲烷，該極為負(fù)極，通入b為氧氣，獲得電子，酸性條件下生成水，正極電極反應(yīng)式為：O2+4H++4e-=2H2O，故答案為：負(fù)極；O2+4H++4e-=2H2O；

(3)①250℃時(shí)乙酸反應(yīng)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(yīng)還有水生成，反應(yīng)離子方程式為：3CuAlO2+16H++NO3-=3Cu2++3Al3++8H2O+NO↑，故答案為：3CuAlO2+16H++NO3-=3Cu2++3Al3++8H2O+NO↑；

(4)根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，則：8.96L×[4(4)]=22.4L×2x，解得x=1.6，故答案為：1.6。