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（NO_x）排放量減少10%．目前，消除大氣污染有多種方法．
Ⅰ．處理NO_x的一種方法是利用甲烷催化還原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
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(yīng)為C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g），該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達式為K=

 

．
（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(yīng)器中發(fā)生的反應(yīng)

 

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②用化學(xué)平衡移動的原理分析，在HI分解反應(yīng)中使用膜反應(yīng)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．直接甲醇燃料電池（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

 

極（填“正”或“負”），其電極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,二氧化硫的污染及治理

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：Ⅰ．依據(jù)已知熱化學(xué)方程式，根據(jù)蓋斯定律，利用“加合法”計算；
Ⅱ．（1）依據(jù)化學(xué)方程式和平衡常數(shù)概念書寫平衡常數(shù)；
（2）①從流程圖可知，在反應(yīng)器中，I₂氧化SO₂，生成硫酸和HI；
②HI分解是可逆反應(yīng)，分離出氫氣有利于平衡正向移動；
Ⅲ．根據(jù)圖知，交換膜是質(zhì)子交換膜，則電解質(zhì)溶液呈酸性，根據(jù)氫離子移動方向知，通入a的電極為負極、通入b的電極為正極，負極上甲醇失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)．

解答： 解：Ⅰ．已知：①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂
③CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=-867kJ?mol^-1
由蓋斯定律可知②=③×2-①，因此△H₂=2×-867kJ?mol^-1-（-574kJ?mol^-1）=-1160kJ?mol^-1，
故答案為：-1160kJ?mol^-1；
Ⅱ．（1）C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g），該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達式為K=

c(CO)?c(H2)

c(H2O)

，
故答案為：

c(CO)?c(H2)

c(H2O)

；
（2）①從流程圖可知，在反應(yīng)器中，I₂氧化SO₂，生成硫酸和HI，反應(yīng)方程式為SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺，
故答案為：SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺；
②HI分解為可逆反應(yīng)，及時分離出產(chǎn)物H₂，有利于反應(yīng)正向進行，
故答案為：HI分解為可逆反應(yīng)，及時分離出產(chǎn)物H₂，有利于反應(yīng)正向進行；
（3）根據(jù)圖知，交換膜是質(zhì)子交換膜，則電解質(zhì)溶液呈酸性，根據(jù)氫離子移動方向知，通入a的電極為負極、通入b的電極為正極，負極上甲醇失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，負極反應(yīng)式為 CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，
故答案為：負；CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；

點評：本題考查了利用蓋斯定律進行反應(yīng)熱的計算以、化學(xué)平衡常數(shù)表達式及化學(xué)平衡移動、燃料電池的原理，綜合性較強，為高考常見組合形式的考題，根據(jù)元素化合價變化確定正負極發(fā)生的反應(yīng)，知道電解時離子放電順序，難點是新型電池電極反應(yīng)式的書寫，要根據(jù)生成物、電解質(zhì)特點書寫電極反應(yīng)式，注意：酸性條件下不能生成氫氧根離子，堿性條件下不能生成氫離子，為易錯點．