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）甲烷的電子式為__。

（2）甲烷高溫分解生成氫氣和碳。在密閉容器中進行此反應時要通入適量空氣使部分甲烷燃燒，其目的是__。

（3）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，其工作原理如圖所示，則通入a氣體的電極名稱為__，通入b氣體的電極反應式__。(質子交換膜只允許H+通過)

（4）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，其離子方程式為__。

（5）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反應轉化為N2和CO2，若標準狀況下8.96LCH4可處理22.4LNOx，則x值為__。

Answer 1

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

【解析】

(1)甲烷屬于共價化合物，以共用電子對形成共價鍵；

(2)甲烷分解需要熱量，燃燒可提供部分能量；

(3)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，得到電子，在酸性條件下生成水；

(4)①根據乙酸反應速率最大，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，反應還有水生成，寫出離子方程式并配平；

(5)根據電子轉移守恒計算；

根據以上分析解答。

(1甲烷屬于共價化合物，以共用電子對形成共價鍵，甲烷的電子式為：；

答案為：。

(2)甲烷高溫分解生成氫氣和碳。在密閉容器中進行此反應時要通入適量空氣使部分甲烷燃燒，其目的是提供甲烷分解所需的能量；

答案為：提供CH4分解所需的能量。

(3)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，得到電子，在酸性條件下生成水，正極反應式為：O2+4H++4e-=2H2O；

答案為：負極 ；O2+4H++4e-=2H2O 。

(4)①250℃時乙酸反應速率最大，催化活性最高；

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-=3Cu2++3Al3++8H2O+NO↑。

答案為：3CuAlO2+16H++NO3-=3Cu2++3Al3++8H2O+NO↑。

(5)反應中C元素化合價由CH4里的-4價變成CO2里的+4價，N元素由NOx里的+2x變成N2里的0，根據氧化還原反應中得失電子數目相等可得關系式：8.96L[4-(-4)]=22.4L2x,解得x=1.6；

答案為：1.6。