Question

16．（1）以二氧化鈦表面覆蓋Cu₂Al₂O₄為催化劑，可以將CO₂和CH₄直接轉(zhuǎn)化成乙酸．

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1所示，250-300℃時(shí)，溫度升高而乙酸的生成速率降低的主要原因是溫度超過250℃時(shí)，催化劑的催化效率降低．
②將Cu₂Al₂O₄溶解在稀硝酸中的離子方程式為3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O．
③電解尿素[CO（NH₂）₂]的堿性溶液制氫的裝置示意圖如圖2（電解池中隔膜僅阻止氣體通過，陰、陽(yáng)極均為惰性電極）．電解時(shí)，陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為CO（NH₂）₂+8OH^--6e-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O．
（2）將甲烷和硫反應(yīng)可以制備CS₂，其流程如圖3所示：
①反應(yīng)1產(chǎn)生兩種含硫的物質(zhì)，則該反應(yīng)方程式為CH₄+4S→CS₂+2H₂S．
②為了提高CS₂產(chǎn)率，設(shè)計(jì)反應(yīng)2和3實(shí)現(xiàn)硫單質(zhì)循環(huán)利用，實(shí)驗(yàn)時(shí)需對(duì)反應(yīng)1出來的氣體分流，則進(jìn)入反應(yīng)2和反應(yīng)3的氣體物質(zhì)的量之比為2：1．
③當(dāng)反應(yīng)1中每有1molCS₂生成時(shí)，反應(yīng)2中需要消耗O₂的物質(zhì)的量為3mol．

Answer 1

分析 （1）①由圖可知，該催化劑在250℃左右時(shí)催化劑效率最高；
②先將Cu₂Al₂O₄拆成氧化物的形式：Cu₂O•Al₂O₃，再根據(jù)氧化物與酸反應(yīng)生成離子方程式，需要注意的是一價(jià)銅具有還原性；
③根據(jù)圖2可知：該電池反應(yīng)時(shí)中，氮元素化合價(jià)由-3價(jià)變?yōu)?價(jià)，H元素化合價(jià)由+1價(jià)變?yōu)?價(jià)，所以生成氮?dú)獾碾姌O是陽(yáng)極，陽(yáng)極上尿素失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子、氮?dú)夂退�；生成氫氣的電極是陰極；
（2）甲烷和硫反應(yīng)可以制備CS₂，其流程：甲烷和硫反應(yīng)：CH₄+4S→CS₂+2H₂S，分離得到CS₂，為了提高CS₂產(chǎn)率，設(shè)計(jì)反應(yīng)2和3實(shí)現(xiàn)硫單質(zhì)循環(huán)利用，
反應(yīng)2為：2H₂S+3O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2SO₂+2H₂O，反應(yīng)3為2H₂S+SO₂=3S+2H₂O．
①根據(jù)題干信息反應(yīng)1產(chǎn)生兩種含硫的物質(zhì)為二硫化碳和硫化氫；
②根據(jù)反應(yīng)3為2H₂S+SO₂=3S+2H₂O分析；
③當(dāng)反應(yīng)1中每有1molCS₂生成時(shí)，反應(yīng)2中有2molH₂S參加反應(yīng)．

解答 解：（1）①由圖可知，該催化劑在250℃左右時(shí)催化劑效率最高，溫度超過250℃時(shí)，催化劑的催化效率降低，所以溫度升高而乙酸的生成速率降低，
故答案：溫度超過250℃時(shí)，催化劑的催化效率降低；
②Cu₂Al₂O₄拆成氧化物的形式：Cu₂O•Al₂O₃，與酸反應(yīng)生成離子方程式：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O，
故答案為：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O；
③由圖可知，CO（NH₂）₂在陽(yáng)極放電生成N₂，C元素價(jià)態(tài)未變化，故還有碳酸鉀生成與水生成；陽(yáng)極上尿素失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子、氮?dú)夂退�，電極反應(yīng)式為CO（NH₂）₂+8OH^--6e-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O，陰極上水得電子生成氫氣和氫氧根離子，電極反應(yīng)式為2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-，
故答案為：CO（NH₂）₂+8OH^--6e-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O；
（2）甲烷和硫反應(yīng)可以制備CS₂，反應(yīng)1：CH₄+4S→CS₂+2H₂S，反應(yīng)2為：2H₂S+3O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2SO₂+2H₂O，反應(yīng)3為2H₂S+SO₂=3S+2H₂O．
①反應(yīng)1產(chǎn)生兩種含硫的物質(zhì)，可理解為甲烷高溫分解生成碳和氫氣，碳和硫反應(yīng)生成二硫化碳、氫氣和硫反應(yīng)生成硫化氫，所以反應(yīng)1為：CH₄+4S→CS₂+2H₂S，
故答案為：CH₄+4S→CS₂+2H₂S；
②為了提高CS₂產(chǎn)率，設(shè)計(jì)反應(yīng)2和3實(shí)現(xiàn)硫單質(zhì)循環(huán)利用，即通過反應(yīng)3恰當(dāng)配比實(shí)現(xiàn)硫單質(zhì)循環(huán)利用，反應(yīng)3為2H₂S+SO₂=3S+2H₂O，所以進(jìn)入反應(yīng)2為H₂S，反應(yīng)3的氣體為硫化氫燃燒生成的二氧化硫，兩者物質(zhì)的量之比為2：1，
故答案為：2：1；
③反應(yīng)1：CH₄+4S→CS₂+2H₂S，當(dāng)反應(yīng)1中每有1molCS₂生成時(shí)，反應(yīng)2中有2molH₂S參加反應(yīng)，2H₂S+3O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2SO₂+2H₂O，需3mol氧氣，
故答案為：3mol．

點(diǎn)評(píng) 本題考查乙酸、CS₂制備，涉及反應(yīng)條件的分析應(yīng)用，電解池原理的分析，電極反應(yīng)書寫、硫及其化合物的性質(zhì)，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．