Question

【題目】能源是人類生活和社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，研究化學(xué)反應(yīng)中的能量變化，有助于更好地利用化學(xué)反應(yīng)為生產(chǎn)和生活服務(wù)。

(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(xué)方程式為_____。

(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(shí)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(yīng)的最佳溫度應(yīng)控制在_____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_____。

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(yīng)轉(zhuǎn)化為 N2和O2，若標(biāo)準(zhǔn)狀況下8.96 L CH4可處理22.4 L NOx，則x值為_____。

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

若該電池工作時(shí)增加了1 mol H2O，電路中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)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(jì)算8.0 g CH4的物質(zhì)的量，然后利用物質(zhì)反應(yīng)放出的熱量與反應(yīng)的物質(zhì)成正比，計(jì)算1 mol 甲烷燃燒反應(yīng)放出的熱量，據(jù)此書寫反應(yīng)方程式；

(2)①催化劑的催化效率越高，該溫度越適合反應(yīng)的進(jìn)行；

②偏鋁酸亞銅(CuAlO2)與硝酸反應(yīng)產(chǎn)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(yīng)方程式；

③先根據(jù)V=n·Vm計(jì)算CH4、NOx的物質(zhì)的量，然后根據(jù)反應(yīng)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(fù)極，通入氧氣的電極為正極，負(fù)極上氫氣失去電子產(chǎn)生H+與溶液中OH-結(jié)合形成水；根據(jù)同一閉合回路中電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相等根據(jù)H2O的物質(zhì)的量計(jì)算轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量。

(1)8.0 g CH4的物質(zhì)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(chǎn)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(xué)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(yīng)溫度在250℃時(shí)，催化劑的催化效率最高，則反應(yīng)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(yīng)中Cu為+1價(jià)，Al為+3價(jià)，該化合物與硝酸反應(yīng)產(chǎn)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(yīng)方程式為：3CuAlO2+16H++NO3-=3Cu2++3Al3++NO↑+8H2O；

③標(biāo)準(zhǔn)狀況下8.96 L CH4的物質(zhì)的量n(CH4)==0.4 mol，其處理22.4 L NOx的物質(zhì)的量是n(NOx)==1mol，n(CH4)：n(NOx)=0.4：1=2：5，二者反應(yīng)后產(chǎn)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(fù)極，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：H2-2e-+2OH-=2H2O，通入O2的電極為正極，發(fā)生反應(yīng)：O2+4e-+2H2O=4OH-，總反應(yīng)方程式為：2H2+O2=2H2O，根據(jù)方程式可知：反應(yīng)每產(chǎn)生2 mol H2O就轉(zhuǎn)移4 mol電子，則反應(yīng)產(chǎn)生1 mol H2O時(shí)，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2 mol。