Question

15．氮氧化物是大氣污染物之一，消除氮氧化物的方法有多種．
（1）甲烷有多種用途．a(chǎn)．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=-574 kJ/mol
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ/mol
則CH₄將NO₂還原為N₂的熱化學(xué)方程式為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol．
b．甲烷與空氣，KOH作電解質(zhì)溶液，可構(gòu)成燃料電池，其負(fù)極反應(yīng)式為CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，若用該電池電解1升CuSO₄溶液，陽極產(chǎn)生64克銅，則消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下甲烷的體積為5.6升，此時電路中通過2N_A個電子．
（2）利用ClO₂氧化氮氧化物．其轉(zhuǎn)化流程如圖：
NO$→_{反應(yīng)Ⅰ}^{CO_{2}}$NO₂$→_{反應(yīng)Ⅱ}^{Na_{2}SO_{3}水溶液}$N₂
已知反應(yīng)Ⅰ的化學(xué)方程式為2NO+ClO₂+H₂O═NO₂+HNO₃+HCl，則反應(yīng)Ⅱ的化學(xué)方程式是2NO₂+4Na₂SO₃═N₂+4Na₂SO₄；若生成11.2LN₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況），則消耗ClO₂67.5g．

Answer 1

分析 （1）a．①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ/mol，
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ/mol，
依據(jù)蓋斯定律$\frac{①+②}{2}$得到；
b．原電池放電時，甲烷失電子被氧化反應(yīng)；根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒分析解答；
（2）二氧化氮具有氧化性，亞硫酸鈉具有還原性，根據(jù)氧化還原反應(yīng)的規(guī)律知識來回答判斷；

解答 （解：（1）a．①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ/mol，
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ/mol，
依據(jù)蓋斯定律$\frac{①+②}{2}$得到CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ/mol；
b．原電池放電時，甲烷失電子被氧化，應(yīng)為電池負(fù)極反應(yīng)，其電極反應(yīng)式為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；電池在放電過程中消耗氫氧根離子，所以溶液的pH減�。魂枠O產(chǎn)生64克銅，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為：$\frac{64g}{64g/mol}$×2=2mol，所以甲烷的物質(zhì)的量為：$\frac{2}{8}$mol=0.25mol，則
體積為：0.25mol×22.4L/mol=5.6L，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為：2N_A；故答案為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；5.6；2N_A；
（2）二氧化氮具有氧化性，亞硫酸鈉具有還原性，二者之間會發(fā)生氧化還原反應(yīng)：2NO₂+4Na₂SO₃═N₂+4Na₂SO₄，結(jié)合化學(xué)反應(yīng)2NO+ClO₂+H₂O=NO₂+HNO₃+HCl知道，N₂～2NO₂～2ClO₂，所以若生成11.2L即0.5molN₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況），則消耗1molClO₂質(zhì)量是1mol×67.5g/mol=67.5g，故答案為：2NO₂+4Na₂SO₃═N₂+4Na₂SO₄，67.5g．

點評 本題考查了熱化學(xué)方程式的書寫和電化學(xué)反應(yīng)中的相關(guān)計算，側(cè)重考查學(xué)生對數(shù)據(jù)的分析處理，題目難度中等．