Question

随着大气污染的日趋严重，国家拟于“十二五”期间，将二氧化硫(SO₂)排放量减少8%，氮氧化物(NO_x)排放量减少10%。目前，消除大气污染有多种方法。

Ⅰ．处理NO_x的一种方法是利用甲烷催化还原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

则△H₂＝                  。

Ⅱ． 化石燃料的燃烧、含硫金属矿石的冶炼和硫酸的生产过程中产生的SO₂是大气中SO₂的主要来源。（1）将煤转化为水煤气是将煤转化为洁净燃料的方法之一，反应为C(s) + H₂O(g)＝ CO(g) + H₂(g)，

该反应的化学平衡常数表达式为K＝                     。 800℃时，将1molCO、3mol H₂O、1mol H₂充入容积为1L的容器中，发生反应：CO(g) + H₂O(g)  CO₂(g) + H₂(g)，反应过程中各物质的浓度如右图t₁前所示变化。若保持温度不变，t₂时再向容器中充入CO、H₂各1mol，平衡将      移动（填“向左”、 “向右”或“不”）。t₂时，若改变反应条件，导致H₂浓度发生如图t₂后所示的变化，则改变的条件可能是        （填符号）。

a加入催化剂       b降低温度       c缩小容器体积        d减少CO₂的量

（2）碘循环工艺不仅能吸收SO₂降低环境污染，同时又能制得氢气，具体流程如下：

①用离子方程式表示反应器中发生的反应                         。

②用化学平衡移动的原理分析，在 HI分解反应中使用膜反应器分离出H₂的目的是                。

Ⅲ．开发新能源是解决大气污染的有效途径之一。甲醇燃料电池(简称DMFC)由于结构简单、能量转化率高、对环境无污染,可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。DMFC工作原理如图所示：

通入a气体的电极是原电池的      极（填“正”或“负”），其电极反应式为                   。

 

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降低生成物的浓度，使平衡向正方向移动（2分）

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

【解析】

试题分析：Ⅰ．根据已知反应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，依据盖斯定律计算②×2－①即得到反应CH₄(g)+4NO(g)＝2N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)，所以该反应的反应热△H₂＝－867kJ·mol^－1×2＋574kJ·mol­^－1＝－1160kJ·mol^－1。

Ⅱ．（1）化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，所以根据反应的方程式C(s) + H₂O(g)＝ CO(g) + H₂(g)可知，该反应的平衡常数K＝。

（2）①t₁时CO、H₂O、CO₂、H₂的浓度（mol/L）分别是0.4、2.4、0.6、1.6，则该反应的平衡常数K＝＝＝1。t₂时再向容器中充入CO、H₂各1mol，此时CO、H₂O、CO₂、H₂的浓度（mol/L）分别是1.4、2.4、0.6、2.6，则＝＝0.46＜1，所以反应向正反应方向移动，即向右移动；根据图像可知，t₂时生成物浓度逐渐减小，反应物浓度逐渐增大。由于正方应是体积不变的、吸热的可逆反应，所以改变的条件应该是降低温度，导致平衡向逆反应方向移动，答案选b。

（2①根据流程图可知，SO₂首先被单质碘氧化，生成硫酸和碘化氢，碘化氢分解又生成单质碘和氢气，所以反应器中发生的反应的离子方程式可表示为SO₂+2H₂O＝H₂SO₄+H₂。

②碘化氢分解反应是可逆反应，分离出单质氢气，降低生成物的浓度，使平衡向正反应方向移动。

Ⅲ．原电池中较活泼的金属是负极，失去电子，发生氧化反应。电子经导线传递到正极，所以溶液中的阳离子向正极移动，正极得到电子，发生还原反应。根据装置图可知，电子从左侧流向右侧，这说明左侧是负极，右侧是正极。所以通入a气体的电极是原电池的负极，通入的是甲醇。由于存在质子交换膜，因此负极电极反应式是CH₃OH﹣6e^－+H₂O→CO₂+6H⁺。

考点：考查反应热的计算；外界条件对平衡状态的影响、平衡常数的计算和应用；燃料电池的判断以及电极反应式的书写等