Question

3．氮氧化物是造成霧霾天氣的主要原因之一，消除氮氧化物有多種方法．
（1）目前，應(yīng)用最廣泛的煙氣氮氧化物脫除技術(shù)是NH₃催化還原法，化學(xué)反應(yīng)可表示為：2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）═2N₂（g）+3H₂O（g）△H＜0
①該反應(yīng)中，反應(yīng)物總能量＞（填“＞”、“＜”或“=”）生成物總能量．
②當(dāng)該反應(yīng)有2mol N₂（g）生成時，電子轉(zhuǎn)移的物質(zhì)的量為6mol．
③該反應(yīng)中，還原劑為NH₃（填化學(xué)式），氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的質(zhì)量比為1：1．
（2）也可以利用甲烷催化還原氮氧化物．已知：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ/mol
CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol
則CH₄（g）將NO（g）還原為N₂（g）的熱化學(xué)方程式是CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1．
（3）還可利用ClO₂ 消除氮氧化物的污染，反應(yīng)過程如下（部分反應(yīng)物或生成物略去）：NO$→_{反應(yīng)Ⅰ}^{ClO_{2}}$NO₂$→_{反應(yīng)Ⅱ}^{Na_{2}SO_{3}水溶液}$N₂
反應(yīng)I的產(chǎn)物中還有兩種強酸生成，且其中一種強酸為硝酸，且硝酸與NO₃物質(zhì)的量相等，則化學(xué)反應(yīng)方程式為2NO+ClO₂+H₂O=NO₂+HNO₃+HCl，反應(yīng)中若生成22.4L N₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況），則消耗ClO₂135g．
（4）氫氧燃料電池是符合綠色化學(xué)理念的新型發(fā)電裝置．如圖為電池示意圖，該電池電極表面鍍一層細(xì)小的鉑粉，鉑吸附氣體的能力強，性質(zhì)穩(wěn)定．
（1）氫氧燃料電池的能量轉(zhuǎn)化主要形式是化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔�，工作時電流方向為b→a（用a、b和箭頭表示）．
（2）負(fù)極的電極反應(yīng)式為H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O．
（3）電極表面鍍鉑粉的原因為增大電極單位面積吸附H₂和O₂的分子數(shù)，增大反應(yīng)速率．

Answer 1

分析 （1）①△H＜0，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)物總能量大于生成物總能量；
②氧化還原反應(yīng)中，化合價升高的數(shù)值=化合價降低數(shù)值=轉(zhuǎn)移電子數(shù)；
③元素化合價升高失電子發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)做還原劑，結(jié)合化學(xué)方程式定量關(guān)系計算氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的質(zhì)量比；
（2）①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ/mol
②CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol
依據(jù)蓋斯定律計算②×2-①得到所需熱化學(xué)方程式；
（3）根據(jù)信息知道一氧化氮和二氧化氯之間反應(yīng)生成產(chǎn)物是硝酸、鹽酸以及二氧化氮，根據(jù)化學(xué)方程式結(jié)合電子守恒來計算；
（4）（1）原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，原電池放電時，電子從負(fù)極沿導(dǎo)線流向正極；
（2）負(fù)極上燃料失電子發(fā)生還原反應(yīng)，正極上氧氣得電子生成氫氧根離子；
（3）參加反應(yīng)的物質(zhì)濃度增大，反應(yīng)速率加快．

解答 解：（1）①化學(xué)反應(yīng)可表示為：2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）═2N₂（g）+3H₂O（g）△H＜0，故焓變小于0說明反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)物總能量大于生成物總能量，
故答案為：＞；
②根據(jù)化合價升高的數(shù)值=化合價降低數(shù)值=轉(zhuǎn)移電子數(shù)，化合價升高情況：2NH₃～6e^-～N₂，所以當(dāng)有2mol N₂（g）生成，該反應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移的量是6mol，
故答案為：6；
③反應(yīng)中氨氣中氮元素化合價-3價升高為0價，失電子做還原劑被氧化得到氧化產(chǎn)物N₂，2NH₃（g）被氧化得到1mol氧化產(chǎn)物N₂，所以還原產(chǎn)物氮氣物質(zhì)的量為1mol，氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的質(zhì)量比為1：1，
故答案為：NH₃；  1：1；
（2）①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ/mol
②CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol
依據(jù)蓋斯定律計算②×2-①得到CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1；
（3）根據(jù)信息知道一氧化氮和二氧化氯之間反應(yīng)生成產(chǎn)物是硝酸、鹽酸以及二氧化氮，反應(yīng)方程式為：2NO+ClO₂+H₂O=NO₂+HNO₃+HCl，根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)及化合價變化可知：2NO～5e^-～NO₂+HNO₃，ClO₂～5e^-～HCl，所以有2NO₂～ClO₂．根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)及化合價變化可知：2NO₂～8e^-～N₂，Na₂SO₃～2e^-～Na₂SO₄，所以有2NO₂～4 Na₂SO₃．根據(jù)關(guān)系式有：2ClO₂～2NO₂～N₂，反應(yīng)中若生成22.4L N₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況），物質(zhì)的量為1mol，則n（ClO₂）=2n（NO₂）=2 mol，m（ClO₂）=2mol×67.5g/mol=135g，
故答案為：2NO+ClO₂+H₂O=NO₂+HNO₃+HCl； 135；
（4）（1）該裝置是把化學(xué)物質(zhì)中的能力轉(zhuǎn)化為電能，所以是化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔�；在原電池中，�?fù)極上失電子，正極上得電子，電子的流向是從負(fù)極流向正極，所以是 由a到b，電流方向為b→a，
故答案為：化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔�；b→a；
（2）堿性環(huán)境中，該反應(yīng)中負(fù)極上氫氣失電子生成氫離子，電極反應(yīng)式為H₂+2OH^--2e^-═2H₂O，正極上氧氣得電子生成氫氧根離子，電極反應(yīng)式為2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-，故答案為：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O；
（3）電極表面鍍鉑粉，增大了電極單位面積吸附H₂、O₂的分子數(shù)，使反應(yīng)物的濃度增大，反應(yīng)速率加快，
故答案為：增大電極單位面積吸附H₂、O₂的分子數(shù)，加快電極反應(yīng)速率．

點評 本題涉及氧化還原反應(yīng)中的概念、蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡的有關(guān)計算、化學(xué)電源的工作原理等綜合知識，注意知識的遷移和應(yīng)用是關(guān)鍵，題目難度中等．