Question

【题目】CH4（其中C为－4价）既是一种重要的能源，也是一种重要的化工原料。

（1）已知8.0gCH4完全燃烧生成二氧化碳和液态水时放出444.8kJ热量。若一定量的甲烷完全燃烧生成二氧化碳和液态水时放出1334.4kJ的热量，则需要标准状况下的氧气约___L。

（2）以CH4为燃料可设计成结构简单、能量转化率高、对环境无污染的燃料电池，其工作原理如图甲所示，通入2.24L（已换算为标准状况）a气体时，通过质子交换膜转移的H+数目为___（设NA为阿伏加德罗常数的值）。

（3）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乙所示，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，其反应的离子方程式为___。

③CH4还原法是处理NOx气体的一种方法。已知一定条件下CH4与NOx反应转化为N2、CO2和H2O，若标准状况下8.96LCH4可处理22.4LNOx，则x值为___。

Answer 1

【答案】67.2 0.8NA 250℃ 3CuAlO2+16H++NO3-=3Al3++3Cu2++NO↑+8H2O 1.6

【解析】

（1）已知8.0gCH4完全燃烧生成液体水放出444.8kJ热量，则1mol即16g燃烧放出的热量为kJ，现有一定量的甲烷完全燃烧生成二氧化碳和液态水时放出1334.4kJ的热量，甲烷的物质的量为mol=1.5mol，根据1mol甲烷完全燃烧需要2mol氧气，故1.5mol甲烷完全燃烧需要3mol氧气，故标况下氧气的体积为3mol22.4L/mol=67.2L，故答案为：67.2；

（2）由图可知，通入气体a的一端发生氧化反应，故应通入甲烷，该极为负极，通入b为氧气，获得电子，酸性条件下结合氢离子生成水，负极电极反应式为：CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+，正极反应式为：O2+4e-+4H+=2H2O，当1mol甲烷反应时通过质子交换膜转移的H+为8mol，2.24L甲烷为0.1mol，故反应完通过质子交换膜转移的H+数目为0.8NA；故答案为：0.8NA；

（3）①从图象可知：250℃时乙酸反应速率最大、催化活性，故选择250℃；故答案为：250℃；

②CuAlO2溶解在稀硝酸中生成两种盐并放出NO气体，生成的盐为硝酸铝、硝酸铜，反应还有水生成，反应离子方程式为：3CuAlO2+16H++NO3-=NO↑+3Al3++3Cu2++8H2O；故答案为：3CuAlO2+16H++NO3-=NO↑+3Al3++3Cu2++8H2O；

③根据得失电子转移守恒，则：8.96L×[4-（-4）]=22.4L×2x，解得x=1.6；故答案为：1.6。