Question

【題目】甲烷是天然氣的主要成分，是生產生活中應用非常廣泛的一種化學物質。

(1)一定條件下，用甲烷可以消除氮氧化物(NOx)的污染。已知：

CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) H1=-1160kJ/mol

CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) H2=-574kJ/mol

現有一份在相同條件下對H2的相對密度為17的NO與NO2的混合氣體。

①該混合氣體中NO和NO2的物質的量之比為________；

②在一定條件下NO氣體可以分解為NO2氣體和N2氣體，寫出該反應的熱化學方程式：________.

(2)以甲烷為燃料的新型燃料電池，其成本大大低于以氫氣為燃料的傳統燃料電池，目前已得到了廣泛的研究。如圖是目前研究較多的一類固體氧化物燃料電池工作原理示意圖。

①B極為電池________極，電極反應式為________。

②若用該燃料電池作電源，用石墨作電極電解100mL1mol/L的硫酸銅溶液，寫出陽極的電極反應式：_______；標準狀況下，當兩極收集到的氣體體積相等時，理論上消耗的甲烷的體積為________，實際上消耗的甲烷體積(已折算成標準狀況下)比理論上大，可能原因為______________。

Answer 1

【答案】 3:1 4NO（g）=2NO2(g)+N2(g) △H=-293kJ/mol 負 CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O 2H2O-4e-=O2↑+4H+(或4OH——4e—=O2+2H2O) 1.12L 生成C(或生成CO或電池能量轉化率達不到100%)

【解析】(1) ①由“對H2的相對密度為17”可知，平均相對分子質量為34，設NO為x mol，NO2為y mol，則，解得x:y＝3:1，即該混合氣體中NO和NO2的物質的量之比為3:1；②已知：Ⅰ、CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) H1=-1160kJ/mol；Ⅱ、CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) H2=-574kJ/mol；根據蓋斯定律，由得反應4NO（g）=2NO2(g)+N2(g) △H=-293kJ/mol；(2) ①通入燃料甲烷的電極是負極，通入氧氣的電極是正極。B極為負極，發(fā)生的電極式為CH4 + 4O2——8e—= CO2+ 2H2O；②電解硫酸銅溶液時陽極的電極反應式4OH— —4e—= O2↑+ 2H2O，陰極的反應式是： Cu2++2e-=Cu；2H++2e-=H2↑。N(Cu)=0.1mol.若兩極收集到的氣體體積相等，設其物質的量為X。則4X=0.1×2+2X。解得X=0.1，在整個反應過程轉移電子相等。電子的物質的量為0.4mol，由于每mol甲烷失去電子8mol，所以需要甲烷的物質的量為0.05mol。V（CH4）=0.05mol×22.4L/mol=1.12 L；實際上消耗的甲烷體積比理論上大，可能原因是甲烷不完全被氧化，生成C或CO 或 電池能量轉化率達不到100%。