Question

4．CH₄既是一種重要的能源，也是一種重要的化工原料．
（1）以CH₄為燃料可設(shè)計成結(jié)構(gòu)簡單、能量轉(zhuǎn)化率高、對環(huán)境無污染的燃料電池，其工作原理如圖甲所示，則通入a氣體的電極反應(yīng)式為CH₄+2H₂O-8eˉ═CO₂+8H⁺，通入b氣體的電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+4 H⁺=2H₂O．（質(zhì)子交換膜只允許H⁺通過）
（2）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250℃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3 CuAlO₂+16 H⁺+NO₃^-=NO↑+3 Al³⁺+3Cu²⁺+8H₂O．
（3）CH₄還原法是處理NO_x氣體的一種方法．已知一定條件下CH₄與NO_x反應(yīng)轉(zhuǎn)化為N₂和CO₂，若標準狀況下11.2L CH₄可處理22.4L NO_x，則x值為2．

Answer 1

分析 （1）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，該極為負極，通入b為氧氣，獲得電子，酸性條件下生成水；
（2）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，配平書寫離子方程式；
（3）根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計算．

解答 解：（1）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，該極為負極，電極反應(yīng)式為：CH₄+2H₂O-8eˉ═CO₂+8H⁺，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+4e^-+4 H⁺=2H₂O，
故答案為：CH₄+2H₂O-8eˉ═CO₂+8H⁺；CH₄+2H₂O-8eˉ═CO₂+8H⁺；
（2）①250℃時乙酸反應(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：3 CuAlO₂+16 H⁺+NO₃^-=NO↑+3 Al³⁺+3Cu²⁺+8H₂O，
故答案為：3 CuAlO₂+16 H⁺+NO₃^-=NO↑+3 Al³⁺+3Cu²⁺+8H₂O；
（3）根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，則：11.2L×[4-（-4）]=22.4L×2x，解得x=2，故答案為：2．

點評 本題屬綜合性題目，涉及原電池、反應(yīng)條件控制、離子方程式書寫、氧化還原反應(yīng)計算等，是對學生綜合能力的考查，難度中等，注意電子守恒在氧化還原反應(yīng)計算中的應(yīng)用．