Question

隨著大氣污染的日趨嚴(yán)重，國(guó)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(guò)程中產(chǎn)生的SO₂是大氣中SO₂的主要來(lái)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(dá)式為K=

 

．800℃時(shí)，將1mol CO、3mol H₂O、1mol H₂充入容積為1L的容器中，發(fā)生反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），反應(yīng)過(guò)程中各物質(zhì)的濃度如下圖t₁前所示變化．若保持溫度不變，t₂時(shí)再向容器中充入CO、H₂各1mol，平衡將

 

移動(dòng)（填“向左”、“向右”或“不”）．t₂時(shí)，若改變反應(yīng)條件，導(dǎo)致H₂濃度發(fā)生如下圖t₂后所示的變化，則改變的條件可能是

 

（填符號(hào)）．
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(shí)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)

 

．
②用化學(xué)平衡移動(dòng)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(kāi)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(jiǎn)稱(chēng)DMFC）由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能量轉(zhuǎn)化率高、對(duì)環(huán)境無(wú)污染，可作為常規(guī)能源的替代品而越來(lái)越受到關(guān)注．DMFC工作原理如下圖所示：

通入a氣體的電極是原電池的

 

（填“正”或“負(fù)”），其電極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)平衡的影響因素

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

分析：Ⅰ．依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算目標(biāo)熱化學(xué)方程式得到焓變；
Ⅱ．（1）依據(jù)化學(xué)方程式和平衡常數(shù)概念書(shū)寫(xiě)平衡常數(shù)；比較Qc與K大小，確定平衡移動(dòng)方向，由圖可知，t₂時(shí)改變的條件使平衡逆向移動(dòng)所致；
（2）①?gòu)牧鞒虉D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(dòng)；
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(dòng)方向知，通入a的電極為負(fù)極、通入b的電極為正極，負(fù)極上甲醇失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)．

解答： 解：（1）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
依據(jù)蓋斯定律計(jì)算，③×2-①得到CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-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(dá)式為K=

c(CO)?c(H2)

c(H2O)

；
Qc=

2.6×0.6

1.4×2.4

＜K=

0.6×1.6

2.4×0.4

，因此化學(xué)平衡向右移動(dòng)；
由圖可知，t₂時(shí)改變的條件使平衡逆向移動(dòng)所致，加催化劑和縮小容器體積對(duì)平衡無(wú)影響，減少CO₂的量，平衡正向移動(dòng)，降低溫度，平衡逆向移動(dòng)，
故答案為：

c(CO)?c(H2)

c(H2O)

；向右；b；
（2）①?gòu)牧鞒虉D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(shí)分離出產(chǎn)物H₂，有利于反應(yīng)正向進(jìn)行，
故答案為：HI分解為可逆反應(yīng)，及時(shí)分離出產(chǎn)物H₂，有利于反應(yīng)正向進(jìn)行；
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(dòng)方向知，通入a的電極為負(fù)極、通入b的電極為正極，負(fù)極上甲醇失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)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(fù)；CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了利用蓋斯定律進(jìn)行反應(yīng)熱的計(jì)算、化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式及化學(xué)平衡移動(dòng)、燃料電池的原理，綜合性較強(qiáng)，為高考常見(jiàn)組合形式的考題，根據(jù)元素化合價(jià)變化確定正負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)，難點(diǎn)是新型電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)，要根據(jù)生成物、電解質(zhì)特點(diǎn)書(shū)寫(xiě)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(cuò)點(diǎn)．