Question

隨著大氣污染的日趨嚴(yán)重，國家擬于“十二五”期間，將二氧化硫(SO₂)排放量減少8%，氮氧化物(NO_x)排放量減少10%。目前，消除大氣污染有多種方法。

Ⅰ．處理NO_x的一種方法是利用甲烷催化還原NO_x。

CH₄(g)+4NO₂(g)＝4NO(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)  △H₁＝－574kJ·mol­^－1

CH₄(g)+4NO(g)＝2N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)    △H₂

CH₄(g)+2NO₂ (g)＝N₂(g) + CO₂(g)+2H₂O(g)      △H₃＝－867kJ·mol^－1

則△H₂＝                  。

Ⅱ． 化石燃料的燃燒、含硫金屬礦石的冶煉和硫酸的生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的SO₂是大氣中SO₂的主要來源。（1）將煤轉(zhuǎn)化為水煤氣是將煤轉(zhuǎn)化為潔凈燃料的方法之一，反應(yīng)為C(s) + H₂O(g)＝ CO(g) + H₂(g)，

該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為K＝                     。 800℃時(shí)，將1molCO、3mol H₂O、1mol H₂充入容積為1L的容器中，發(fā)生反應(yīng)：CO(g) + H₂O(g)  CO₂(g) + H₂(g)，反應(yīng)過程中各物質(zhì)的濃度如右圖t₁前所示變化。若保持溫度不變，t₂時(shí)再向容器中充入CO、H₂各1mol，平衡將      移動(dòng)（填“向左”、 “向右”或“不”）。t₂時(shí)，若改變反應(yīng)條件，導(dǎo)致H₂濃度發(fā)生如圖t₂后所示的變化，則改變的條件可能是        （填符號(hào)）。

a加入催化劑       b降低溫度       c縮小容器體積        d減少CO₂的量

（2）碘循環(huán)工藝不僅能吸收SO₂降低環(huán)境污染，同時(shí)又能制得氫氣，具體流程如下：

①用離子方程式表示反應(yīng)器中發(fā)生的反應(yīng)                         。

②用化學(xué)平衡移動(dòng)的原理分析，在 HI分解反應(yīng)中使用膜反應(yīng)器分離出H₂的目的是                。

Ⅲ．開發(fā)新能源是解決大氣污染的有效途徑之一。甲醇燃料電池(簡(jiǎn)稱DMFC)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能量轉(zhuǎn)化率高、對(duì)環(huán)境無污染,可作為常規(guī)能源的替代品而越來越受到關(guān)注。DMFC工作原理如圖所示：

通入a氣體的電極是原電池的      極（填“正”或“負(fù)”），其電極反應(yīng)式為                   。

 

Answer 1

【答案】

Ⅰ．－1160kJ·mol^－1（2分）

Ⅱ．（1）K＝（2分）   右  （2分）   b   （2分）

（2）①SO₂+2H₂O＝H₂SO₄+H₂   (2分)  ②降低生成物的濃度，使平衡向正方向移動(dòng)（2分）

Ⅲ．負(fù)（1分）      CH₃OH﹣6e^－+H₂O→CO₂+6H⁺（2分）

【解析】

試題分析：Ⅰ．根據(jù)已知反應(yīng)①CH₄(g)+4NO₂(g)＝4NO(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)  △H₁＝－574kJ·mol­^－1、

②CH₄(g)+2NO₂ (g)＝N₂(g) + CO₂(g)+2H₂O(g)   △H₃＝－867kJ·mol^－1可知，依據(jù)蓋斯定律計(jì)算②×2－①即得到反應(yīng)CH₄(g)+4NO(g)＝2N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)，所以該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H₂＝－867kJ·mol^－1×2＋574kJ·mol­^－1＝－1160kJ·mol^－1。

Ⅱ．（1）化學(xué)平衡常數(shù)是在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，生成物濃度的冪之積和反應(yīng)物濃度的冪之積的比值，所以根據(jù)反應(yīng)的方程式C(s) + H₂O(g)＝ CO(g) + H₂(g)可知，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝。

（2）①t₁時(shí)CO、H₂O、CO₂、H₂的濃度（mol/L）分別是0.4、2.4、0.6、1.6，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝＝＝1。t₂時(shí)再向容器中充入CO、H₂各1mol，此時(shí)CO、H₂O、CO₂、H₂的濃度（mol/L）分別是1.4、2.4、0.6、2.6，則＝＝0.46＜1，所以反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動(dòng)，即向右移動(dòng)；根據(jù)圖像可知，t₂時(shí)生成物濃度逐漸減小，反應(yīng)物濃度逐漸增大。由于正方應(yīng)是體積不變的、吸熱的可逆反應(yīng)，所以改變的條件應(yīng)該是降低溫度，導(dǎo)致平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，答案選b。

（2①根據(jù)流程圖可知，SO₂首先被單質(zhì)碘氧化，生成硫酸和碘化氫，碘化氫分解又生成單質(zhì)碘和氫氣，所以反應(yīng)器中發(fā)生的反應(yīng)的離子方程式可表示為SO₂+2H₂O＝H₂SO₄+H₂。

②碘化氫分解反應(yīng)是可逆反應(yīng)，分離出單質(zhì)氫氣，降低生成物的濃度，使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)。

Ⅲ．原電池中較活潑的金屬是負(fù)極，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。電子經(jīng)導(dǎo)線傳遞到正極，所以溶液中的陽離子向正極移動(dòng)，正極得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)。根據(jù)裝置圖可知，電子從左側(cè)流向右側(cè)，這說明左側(cè)是負(fù)極，右側(cè)是正極。所以通入a氣體的電極是原電池的負(fù)極，通入的是甲醇。由于存在質(zhì)子交換膜，因此負(fù)極電極反應(yīng)式是CH₃OH﹣6e^－+H₂O→CO₂+6H⁺。

考點(diǎn)：考查反應(yīng)熱的計(jì)算；外界條件對(duì)平衡狀態(tài)的影響、平衡常數(shù)的計(jì)算和應(yīng)用；燃料電池的判斷以及電極反應(yīng)式的書寫等