Question

【題目】Ⅰ、火力發電廠釋放出大量氮氧化合物(NOx)、SO2和CO2等氣體會造成環境問題。對燃煤廢氣進行脫硝、脫硫和脫碳等處理，可實現綠色環保、節能減排、廢物利用等目的。

(1)脫硝。利用甲烷催化還原NOx：

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

CH4(g)＋ 4NO(g)＝2N2(g)＋ CO2(g)＋ 2H2O(g) △H2＝－1160 kJ/mol

甲烷直接將NO2還原為N2的熱化學方程式為__________________________。

(2)脫碳。將CO2轉化為甲醇：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)△H3

在一恒溫恒容密閉容器中充入1 mol CO2和3 mol H2進行反應。測得CO2和CH3OH(g)濃度隨時間變化如圖所示�；卮穑�0～10 min內，氫氣的平均反應速率為___mol/(L·S)；第10 min后，保持溫度不變，向該密閉容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g)，則平衡_________(填“正向”、“逆向”或“不”)移動。

Ⅱ、如下圖所示C、D、E、F、X、Y都是惰性電極。將電源接通后，向(乙)中滴入酚酞溶液，在F極附近顯紅色。

(1)若用甲醇、空氣燃料電池作電源，電解質為KOH溶液，則A極的電極反應式為_________________________

(2)欲用(丙)裝置給銅鍍銀，銀應該是 _____電極(填G或H)

(3)(丁)裝置中Y極附近紅褐色變_______(填深或淺)

(4)通電一段時間后，C、D、E、F電極均有單質生成，其物質的量之比為_____________

Answer 1

【答案】CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H＝-867 kJ/mol 0.00375 正向 O2 + 4e- + 2H2O = 4OH- G 深 1:2:2:2

【解析】

根據化學平衡的三段式進行計算各物質的濃度和平衡常數，根據濃度商和平衡常數的關系分析反應進行的方向。根據電解原理分析各電解池中的電極反應和現象。

(1)根據蓋斯定律分析，① CH4(g)＋ 4NO2(g)＝4NO(g)＋ CO2(g)＋ 2H2O(g) △H1＝－574 kJ/mol，②CH4(g)＋ 4NO(g)＝2N2(g)＋ CO2(g)＋ 2H2O(g) △H2＝－1160 kJ/mol

①+②可得熱化學方程式為CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H＝－1160－574 =-867 kJ/mol；

(2).根據方程式計算

CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)

起始濃度1.0 3.0 0 0

改變濃度 0.75 2.25 0.75 0.75

平衡濃度0.25 0.75 0.75 0.75

0～10 min內，氫氣的平均反應速率為2.25mol/L÷600s=0.00375mol/(L·s)；平衡常數為，第10 min后，保持溫度不變，向該密閉容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g)，則Qc=<K，平衡正向進行。

Ⅱ、向(乙)中滴入酚酞溶液，在F極附近顯紅色，說明F極為氫離子反應生成氫氣，溶液中剩余氫氧根離子，所以F為陰極，對應的B為負極，A為正極。 (1) 若用甲醇、空氣燃料電池作電源，電解質為KOH溶液，A 為正極，電極反應為O2 + 4e- + 2H2O = 4OH- ；

(2) 欲用(丙)裝置給銅鍍銀，銀應該在陽極，即為G極。

(3)丁為氫氧化鐵膠體的電泳，因為氫氧化鐵膠體微粒帶正電荷，所以陰極即Y極，紅褐色變深。

(4)通電一段時間后，C上析出氧氣，D上產生銅，E上產生氯氣，F上產生氫氣，根據電子守恒分析，電極上的產物的物質的量比為1:2:2:2。