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過程中產生的SO₂是大氣中SO₂的主要來源．
（1）將煤轉化為水煤氣是將煤轉化為潔凈燃料的方法之一，反應為C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g），
該反應的化學平衡常數(shù)表達式為K=

 

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

 

移動（填“向左”、“向右”或“不”）．t₂時，若改變反應條件，導致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）．
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，同時又能制得氫氣，具體流程如下：

①用離子方程式表示反應器中發(fā)生的反應

 

．
②用化學平衡移動的原理分析，在 HI分解反應中使用膜反應器分離出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．甲醇燃料電池（簡稱DMFC）由于結構簡單、能量轉化率高、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”），其電極反應式為

 

．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,化學電源新型電池,化學平衡常數(shù)的含義,化學平衡的影響因素

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題,電化學專題

分析：Ⅰ．依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算目標熱化學方程式得到焓變；
Ⅱ．（1）依據(jù)化學方程式和平衡常數(shù)概念書寫平衡常數(shù)；比較Qc與K大小，確定平衡移動方向，由圖可知，t₂時改變的條件使平衡逆向移動所致；
（2）①從流程圖可知，在反應器中，I₂氧化SO₂，生成硫酸和HI；
②HI分解是可逆反應，分離出氫氣有利于平衡正向移動；
Ⅲ．根據(jù)圖知，交換膜是質子交換膜，則電解質溶液呈酸性，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．

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），該反應的化學平衡常數(shù)表達式為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

，因此化學平衡向右移動；
由圖可知，t₂時改變的條件使平衡逆向移動所致，加催化劑和縮小容器體積對平衡無影響，減少CO₂的量，平衡正向移動，降低溫度，平衡逆向移動，
故答案為：

c(CO)?c(H2)

c(H2O)

；向右；b；
（2）①從流程圖可知，在反應器中，I₂氧化SO₂，生成硫酸和HI，反應方程式為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，及時分離出產物H₂，有利于反應正向進行，
故答案為：HI分解為可逆反應，及時分離出產物H₂，有利于反應正向進行；
Ⅲ．根據(jù)圖知，交換膜是質子交換膜，則電解質溶液呈酸性，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，負極反應式為 CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應，電極反應式為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熱的計算、化學平衡常數(shù)表達式及化學平衡移動、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，難點是新型電池電極反應式的書寫，要根據(jù)生成物、電解質特點書寫電極反應式，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．