Question

能源是人类生活和社会发展的基础，研究化学反应中的能量变化，有助于更好地利用化学反应为生产和生活服务。

(1)CH₄既是一种重要的能源，也是一种重要的化工原料。已知 8.0 g CH₄完全燃烧生成液态水放出445.15 kJ热量，则其热化学方程式为_____。

(2)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所示，则该反应的最佳温度应控制在_____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_____。

③CH₄ 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O₂，若标准状况下8.96 L CH₄可处理22.4 L NO_x，则x值为_____。

(3)美国阿波罗宇宙飞船上使用了一种新型电池装置，其构造如下图所示，A、B两个电极均由多孔的炭块组成。该电池的负极反应式为：_____。

若该电池工作时增加了1 mol H₂O，电路中转移电子的物质的量为_________。

Answer

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)先计算8.0 g CH4的物质的量，然后利用物质反应放出的热量与反应的物质成正比，计算1 mol 甲烷燃烧反应放出的热量，据此书写反应方程式；

(2)①催化剂的催化效率越高，该温度越适合反应的进行；

②偏铝酸亚铜(CuAlO2)与硝酸反应产生硝酸铜、硝酸铝、NO和水，根据原子守恒、电子守恒、电荷守恒书写反应方程式；

③先根据V=n·Vm计算CH4、NOx的物质的量，然后根据反应前后各种元素的原子守恒、电子守恒可得x的数值；

(3)通入氢气的电极为负极，通入氧气的电极为正极，负极上氢气失去电子产生H+与溶液中OH-结合形成水；根据同一闭合回路中电子转移数目相等根据H2O的物质的量计算转移电子的物质的量。

(1)8.0 g CH4的物质的量是n(CH4)==0.5 mol，0.5 mol完全燃烧生成液态水放出445.15 kJ热量，则1 mol CH4完全燃烧产生液态水，放出热量为Q=445.15 kJ×=890.3 kJ，则表示甲烷燃烧的热化学方程式为：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH= -890.3 kJ/mol；

(2)①根据图示可知：反应温度在250℃时，催化剂的催化效率最高，则反应最合适的温度为250℃；

②偏铝酸亚铜(CuAlO2)是难溶性的固体，在该反应中Cu为+1价，Al为+3价，该化合物与硝酸反应产生硝酸铜、硝酸铝、NO和水，根据原子守恒、电子守恒、电荷守恒书写反应方程式为：3CuAlO2+16H++NO3-=3Cu2++3Al3++NO↑+8H2O；

③标准状况下8.96 L CH4的物质的量n(CH4)==0.4 mol，其处理22.4 L NOx的物质的量是n(NOx)==1mol，n(CH4)：n(NOx)=0.4：1=2：5，二者反应后产生N2和CO2，2×[4-(-4)]=5(2x-0)，解得x=1.6；

(3)在碱性氢氧燃料电池中，通入H2的电极为负极，失去电子，发生氧化反应，电极反应式为：H2-2e-+2OH-=2H2O，通入O2的电极为正极，发生反应：O2+4e-+2H2O=4OH-，总反应方程式为：2H2+O2=2H2O，根据方程式可知：反应每产生2 mol H2O就转移4 mol电子，则反应产生1 mol H2O时，转移电子的物质的量为2 mol。