Question

隨著大氣污染的日趨嚴重，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(NOx)排放量減少10%。目前，消除大氣污染有多種方法。

Ⅰ．處理NOx的一種方法是利用甲烷催化還原NOx。

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，反應為??? C(s) + H2O(g)＝ CO(g) + H2(g)，

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

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，同時又能制得氫氣，具體流程如下：

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

②用化學平衡移動的原理分析，在 HI分解反應中使用膜反應器分離出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(簡稱DMFC)由于結(jié)構(gòu)簡單、能量轉(zhuǎn)化率高、對環(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? ??? （填“正”或“負”），

其電極反應式為? ??? ???? ????? 。

 

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（2分）

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

【解析】

試題分析：Ⅰ．根據(jù)已知反應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)蓋斯定律計算②×2－①即得到反應CH4(g)+4NO(g)＝2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)，所以該反應的反應熱△H2＝－867kJ·mol－1×2＋574kJ·mol­－1＝－1160kJ·mol－1。

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

（2）①t1時CO、H2O、CO2、H2的濃度（mol/L）分別是0．4、2．4、0．6、1．6，則該反應的平衡常數(shù)K＝＝＝1。t2時再向容器中充入CO、H2各1mol，此時CO、H2O、CO2、H2的濃度（mol/L）分別是1．4、2．4、0．6、2．6，則＝＝0．46＜1，所以反應向正反應方向移動，即向右移動；根據(jù)圖像可知，t2時生成物濃度逐漸減小，反應物濃度逐漸增大。由于正方應是體積不變的、吸熱的可逆反應，所以改變的條件應該是降低溫度，導致平衡向逆反應方向移動，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，所以反應器中發(fā)生的反應的離子方程式可表示為SO2+2H2O＝H2SO4+H2。

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

Ⅲ．原電池中較活潑的金屬是負極，失去電子，發(fā)生氧化反應。電子經(jīng)導線傳遞到正極，所以溶液中的陽離子向正極移動，正極得到電子，發(fā)生還原反應。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)是負極，右側(cè)是正極。所以通入a氣體的電極是原電池的負極，通入的是甲醇。由于存在質(zhì)子交換膜，因此負極電極反應式是CH3OH﹣6e－+H2O→CO2+6H+。

考點：考查反應熱的計算；外界條件對平衡狀態(tài)的影響、平衡常數(shù)的計算和應用；燃料電池的判斷以及電極反應式的書寫等。