Question

【題目】CH4既是一種重要的能源，也是一種重要的化工原料。

（1）以CH4為燃料可設計成結構簡單、能量轉化率高、對環境無污染的燃料電池，其工作原理如圖甲所示，則通入a氣體的電極反應式為_____________，通入b氣體的電極反應式為 _____________________。（質子交換膜只允許H+通過）

（2）在一定溫度和催化劑作用下，CH4與CO2可直接轉化成乙酸，這是實現“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 _______________________________。

（3）CH4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CO2，若標準狀況下11.2 L CH4可處理22.4 L NOx，則x值為________。

Answer 1

【答案】 CH4－8e- + 4H2O = 2CO2 + 8 H+ O2 + 4 e- + 4 H+ = 2 H2O 250℃ 3 CuAlO2 + 16 H+ + NO3- = NO↑+ 3 Al3+ + 3Cu2+ + 8H2O 2

【解析】（1）由圖可知，通入氣體a的一端發生氧化反應，故應通入甲烷，該極為負極，電極反應式為CH4－8e- + 4H2O＝2CO2 + 8H+；通入b為氧氣，獲得電子，酸性條件下生成水，正極電極反應式為：O2+4e-+4H+ =2H2O；（2）①250℃時乙酸反應速率最大、催化活性，故選擇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，反應還有水生成，反應離子方程式為：3CuAlO2+16H++NO3- =NO↑+3Al3++3Cu2+ + 8H2O；（3）根據電子轉移守恒，則：11.2L×[4-（-4）]=22.4L×2x，解得x=2。