Question

I．利用化學(xué)原理可以對(duì)工廠排放的廢水、廢渣等進(jìn)行有效檢測(cè)與合理處理．用乙烯作為還原劑將氮的氧化物還原為N₂是燃煤煙氣的一種脫硝（除NOx）技術(shù)．其脫硝機(jī)理如圖甲，脫硝率與溫度、負(fù)載率（分子篩中催化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的關(guān)系如圖乙所示．
①寫出該脫硝過(guò)程中乙烯和NO₂反應(yīng)的化學(xué)方程式

 

．
②為達(dá)到最佳脫硝效果，應(yīng)采取的條件

 

．
Ⅱ．有學(xué)者設(shè)想以圖丙所示裝置用電化學(xué)原理將燃煤煙氣中的CO₂、SO₂轉(zhuǎn)化為重要化工原料．
若A為SO₂，B為O₂，C為H₂SO₄．科研人員希望每分鐘從C處獲得50mL 10mol/L H₂SO₄，則A處通入煙氣（SO₂的體積分?jǐn)?shù)為1%）的速率為

 

L/min（標(biāo)準(zhǔn)狀況）．
Ⅲ．（1）圖是丁1mol NO₂（g）和1mol CO（g）反應(yīng)生成CO₂和NO過(guò)程中能量變化示意圖，若在反應(yīng)體系中加入催化劑，反應(yīng)速率增大，E₁的變化是

 

，△H的變化是

 

（填“增大”、“減小”、“不變”）．
（2）甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池中將甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化為氫氣的兩種反應(yīng)原理是：
①CH₃OH（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+3H₂（g）△H=+49.0kJ?mol^-1
②CH₃OH（g）+

1

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂（g）△H=-192.9kJ?mol^-1
又知③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44kJ?mol^-1
則甲醇蒸氣完全燃燒生成液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為

 

．
寫出甲醇燃料電池在酸性條件下的負(fù)極電極反應(yīng)式

 

．

Answer 1

分析：I、①根據(jù)反應(yīng)物和生成物，結(jié)合質(zhì)量守恒定律書寫化學(xué)方程式；
②根據(jù)圖象判斷最佳脫硝率的溫度和負(fù)載率；
Ⅱ、根據(jù)S守恒進(jìn)行計(jì)算；
Ⅲ、（1）催化劑可以降低反應(yīng)所需的能量，對(duì)化學(xué)平衡不產(chǎn)生影響；
（2）利用蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算，
燃料電池是一種特殊的原電池，負(fù)極上是燃料發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)．

解答：解：Ⅰ、①乙烯和NO₂反應(yīng)生成二氧化碳、氮?dú)夂退�，方程式為�?C₂H₄+6NO₂=4CO₂+3N₂+4H₂O，
故答案為：2C₂H₄+6NO₂=4CO₂+3N₂+4H₂O；
②由圖象可知：最佳脫硝率的溫度為350℃，最佳負(fù)載率為3%，故答案為：350℃、負(fù)載率3%；
Ⅱ、C處每分鐘生產(chǎn)硫酸的物質(zhì)的量為10×0.05=0.5mol，根據(jù)S守恒可知：A處每分鐘通入SO₂的體積為0.5×22.4=11.2（L），所以A處通入煙氣（SO₂的體積分?jǐn)?shù)為1%）的速率為11.2÷1%=1120（L/min），
故答案為：1120；
Ⅲ、（1）催化劑可以降低反應(yīng)所需的能量，故E₁減小，催化劑只改變化學(xué)反應(yīng)的速率，對(duì)化學(xué)平衡不產(chǎn)生影響，故△H保持不變，故答案為：減小，不變；
（2）利用蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算，
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），△H=+131.9kJ/molⅠ
2H₂（g）+CO（g）+

3

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l），△H=-594.1kJ/molⅡ
將II-I得CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l），△H=（-594.1kJ/mol ）-（+131.9kJ/mol ）=-726 KJ/mol，
故答案為：CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726 KJ/mol；
以甲醇為燃料制作新型燃料電池，電池的正極通入O₂，負(fù)極通入甲醇，在酸性溶液中甲醇與氧作用生成水和二氧化碳，該電池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是：CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺，
故答案為：CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了二氧化氮及二氧化硫的治理，熱化學(xué)方程式的書寫、催化劑以及原電池知識(shí)，題目綜合度較高，難度較大．