Question

【題目】能源是人類生活和社會發(fā)展的基礎，研究化學反應中的能量變化，有助于更好地利用化學反應為生產和生活服務。

(1)CH4既是一種重要的能源，也是一種重要的化工原料。已知 8.0 g CH4完全燃燒生成液態(tài)水放出445.15 kJ熱量，則其熱化學方程式為_____。

(2)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(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_____。

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和O2，若標準狀況下8.96 L CH4可處理22.4 L NOx，則x值為_____。

(3)美國阿波羅宇宙飛船上使用了一種新型電池裝置，其構造如下圖所示，A、B兩個電極均由多孔的炭塊組成。該電池的負極反應式為：_____。

若該電池工作時增加了1 mol H2O，電路中轉移電子的物質的量為_________。

Answer 1

【答案】CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3 kJ/mol 250℃ 3CuAlO2+16H++NO3-=3Cu2++3Al3++NO↑+8H2O 1.6 H2-2e-+2OH-=2H2O 2 mol

【解析】

(1)先計算8.0 g CH4的物質的量，然后利用物質反應放出的熱量與反應的物質成正比，計算1 mol 甲烷燃燒反應放出的熱量，據(jù)此書寫反應方程式；

(2)①催化劑的催化效率越高，該溫度越適合反應的進行；

②偏鋁酸亞銅(CuAlO2)與硝酸反應產生硝酸銅、硝酸鋁、NO和水，根據(jù)原子守恒、電子守恒、電荷守恒書寫反應方程式；

③先根據(jù)V=n·Vm計算CH4、NOx的物質的量，然后根據(jù)反應前后各種元素的原子守恒、電子守恒可得x的數(shù)值；

(3)通入氫氣的電極為負極，通入氧氣的電極為正極，負極上氫氣失去電子產生H+與溶液中OH-結合形成水；根據(jù)同一閉合回路中電子轉移數(shù)目相等根據(jù)H2O的物質的量計算轉移電子的物質的量。

(1)8.0 g CH4的物質的量是n(CH4)==0.5 mol，0.5 mol完全燃燒生成液態(tài)水放出445.15 kJ熱量，則1 mol CH4完全燃燒產生液態(tài)水，放出熱量為Q=445.15 kJ×=890.3 kJ，則表示甲烷燃燒的熱化學方程式為：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH= -890.3 kJ/mol；

(2)①根據(jù)圖示可知：反應溫度在250℃時，催化劑的催化效率最高，則反應最合適的溫度為250℃；

②偏鋁酸亞銅(CuAlO2)是難溶性的固體，在該反應中Cu為+1價，Al為+3價，該化合物與硝酸反應產生硝酸銅、硝酸鋁、NO和水，根據(jù)原子守恒、電子守恒、電荷守恒書寫反應方程式為：3CuAlO2+16H++NO3-=3Cu2++3Al3++NO↑+8H2O；

③標準狀況下8.96 L CH4的物質的量n(CH4)==0.4 mol，其處理22.4 L NOx的物質的量是n(NOx)==1mol，n(CH4)：n(NOx)=0.4：1=2：5，二者反應后產生N2和CO2，2×[4-(-4)]=5(2x-0)，解得x=1.6；

(3)在堿性氫氧燃料電池中，通入H2的電極為負極，失去電子，發(fā)生氧化反應，電極反應式為：H2-2e-+2OH-=2H2O，通入O2的電極為正極，發(fā)生反應：O2+4e-+2H2O=4OH-，總反應方程式為：2H2+O2=2H2O，根據(jù)方程式可知：反應每產生2 mol H2O就轉移4 mol電子，則反應產生1 mol H2O時，轉移電子的物質的量為2 mol。