Question

【題目】消除氮氧化物（主要為NO和NO2)污染是“藍天計劃”的重要內容之一。

（1）甲烷還原方法是在催化劑作用下可消除氮氧化物（主要為NO和NO2)污染， NO、O2和CH4的混合物反應體系主要發生如下反應：

2NO(g) + O2(g)2NO2(g) ΔH＝－113.0 kJmol-1 ①

CH4(g) + 2O2(g)CO2(g) +2H2O (g) ΔH＝－802. 3 kJmol-1 ②

CH4(g) + 4NO(g)2N2(g) + CO2(g) + 2H2O (g) ΔH＝－1160kJmol-1 ③

① 則反應CH4(g)+2NO2(g) N2(g)+CO2(g)+2H2O (g)的ΔH＝ ______。

② 反應CH4(g) + 2O2(g)CO2(g) +2H2O (l) ΔH＝－a kJmol-1，則a ____ 802. 3（填“＞”、“＜”或“＝”）。

③ 在一定溫度下，提高反應③中NO 轉化率可采取的措施是 _____。

（2）利用電化學裝置可消除氮氧化物污染，變廢為寶。

① 圖Ⅰ裝置實現的能量轉化形式是_____。石墨Ⅱ電極上發生的電極反應方程式為_____。相同條件下，放電過程中消耗的NO2和O2的體積比為_____。

② 圖Ⅱ為電解NO制備NH4NO3的裝置。該裝置中陽極的電極反應式為_____。“反應室”中發生反應的離子方程式為_____。

Answer 1

【答案】 -868.15kJ·mol-1 > 增大CH4濃度或移走生成物 化學能轉化為電能 O2+4e－+2N2O5＝4NO3－ 4:1 NO－3e－+2H2O＝NO3－+4H+ NH3+H+＝NH4+

【解析】（1）①根據蓋斯定律計算反應熱；②比較反應②分析反應熱大小；③根據反應③特點分析提高轉化率的措施；

（2）圖Ⅰ裝置為燃料電池，化學能轉化為電能，負極上通入NO2，正極上通入O2，根據電解質知，負極電極反應式為NO2-e-+NO3-═N2O5，正極電極反應式為O2+2N2O5+4e-═4NO3-，圖Ⅱ為電解裝置。陽極發生氧化反應，電極反應式為NO－3e－+2H2O＝NO3－+4H+。陰極發生還原反應，電極反應式為NO+5e－+6H+＝NH4++H2O，據此分析解答。

（1）①2NO(g) + O2(g)2NO2(g) ΔH＝－113.0 kJmol-1 ①

CH4(g) + 2O2(g)CO2(g) +2H2O (g) ΔH＝－802. 3 kJmol-1 ②

CH4(g) + 4NO(g)2N2(g) + CO2(g) + 2H2O (g) ΔH＝－1160kJmol-1 ③

根據蓋斯定律：（③-①×2+ ②）÷2得到：CH4(g)+2NO2(g) N2(g)+CO2(g)+2H2O (g)

ΔH＝[-1160-(-113)×2+(-802.3)]÷2=-868.15kJ·mol-1

②反應②CH4(g) + 2O2(g)CO2(g) +2H2O (g) ΔH＝－802. 3 kJmol-1；

反應CH4(g) + 2O2(g)CO2(g) +2H2O (l) ΔH＝－a kJmol-1

因為生成液態水放熱更多，所以a>802. 3；

③CH4(g) + 4NO(g)2N2(g) + CO2(g) + 2H2O (g) ，要提高NO轉化率的措施，應使平衡正向移動，可采取增大CH4濃度或移走生成物的措施；

因此，本題正確答案為： -868.15kJ·mol-1； > ； 增大CH4濃度或移走生成物；

（2）圖Ⅰ裝置為燃料電池，化學能轉化為電能，負極上通入NO2，正極上通入O2，根據電解質知，負極電極反應式為NO2-e-+NO3-═N2O5，石墨Ⅱ電極為正極，電極反應式為O2+2N2O5+4e-═4NO3-，放電過程中兩電極電子守恒，由兩電極反應式可知：消耗的NO2和O2的體積比為4:1；

圖Ⅱ為電解裝置。陽極發生氧化反應，電極反應式為NO－3e－+2H2O＝NO3－+4H+。陰極發生還原反應，電極反應式為NO+5e－+6H+＝NH4++H2O，“反應室”中發生反應的離子方程式為NH3+H+＝NH4+。

因此，本題正確答案為：化學能轉化為電能； O2+4e－+2N2O5＝4NO3－； 4:1 ； NO－3e－+2H2O＝NO3－+4H+ ； NH3+H+＝NH4+。