Question

9．下表列出了3種燃煤煙氣脫硫方法的原理．

方法1	用氨水將SO2轉(zhuǎn)化為NH4HSO3，再氧化成（NH4）2SO4
方法2	用水煤氣（主要成分為CO、H2等）將SO2在高溫下還原成單質(zhì)硫
方法3	用Na2SO3溶液吸收SO2轉(zhuǎn)化為NaHSO3，再經(jīng)電解轉(zhuǎn)化為H2SO4

（1）方法1中氨水吸收燃煤煙氣中SO₂的化學(xué)反應(yīng)為：2NH₃+SO₂+H₂O=（NH₄）₂SO₃；（NH₄）₂SO₃+SO₂+H₂O=2NH₄HSO₃．下列能提高燃煤煙氣中SO₂去除速率的措施有A（填字母）．
A．適當(dāng)增大氨水濃度                     B．使燃煤煙氣與氨水充分接觸
C．向氨水中加入少量硫酸               D．把氨水加熱至100℃
（2）方法2中主要發(fā)生了下列反應(yīng)：
①2CO（g）+SO₂（g）=S（g）+2CO₂（g）△H=+8.0KJ•mol^-1
②2H₂（g）+SO₂（g）=S（g）+2H₂O（g）△H=+90.4KJ•mol^-1
該方法從能量轉(zhuǎn)化的角度，可看作由熱能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能．
（3）方法3可用甲烷燃料電池作為電源，對(duì)吸收SO₂后的NaHSO₃溶液進(jìn)行電解實(shí)驗(yàn)，如圖所示．回答下列問題：

①甲烷燃料電池中，通入CH₄（填“CH₄”或“O₂”）的一極為負(fù)極；正極的電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；該電池放電后，溶液的堿性會(huì)減弱（填“增強(qiáng)”，“減弱”或“不變”）．
下列關(guān)于該燃料電池的說法中不正確的是B．
A．該燃料電池可把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?br />B．該燃料電池中化學(xué)能100%轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?br />C．該燃料電池的優(yōu)點(diǎn)之一是無污染，是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源
②a電極的名稱是陽極；閉合開關(guān)K后，b電極上發(fā)生的反應(yīng)類型是還原反應(yīng)．
③若上述甲烷燃料電池中用的是200mL 0.10mol•L^-1的KOH溶液，閉合開關(guān)K一段時(shí)間后，測(cè)得U形管中生成了0.02molSO₄^2-．試計(jì)算此時(shí)燃料電池中KOH的物質(zhì)的量濃度（假設(shè)反應(yīng)前后溶液的體積不變，列出計(jì)算過程）．

Answer 1

分析 （1）提高燃煤煙氣中SO₂去除速率需要將平衡正向移動(dòng)，可以通過增大氨水濃度、減小生成物濃度、降低溫度等方法來實(shí)現(xiàn)；
（2）這兩個(gè)反應(yīng)都需要吸收熱量，是將熱能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；
（3）①甲烷燃料電池中，通入甲烷的電極是負(fù)極、通入氧氣的電極是正極，負(fù)極上甲烷失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水，正極上氧氣得電子和水反應(yīng)生成氫氧根離子；放電時(shí)KOH參加反應(yīng)且生成水導(dǎo)致KOH濃度降低；
A．該燃料電池屬于原電池；
B．該燃料電池中化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋�熱能等�?br />C．該燃料電池產(chǎn)物沒有污染；
②連接原電池正極的電極是陽極、連接原電池負(fù)極的電極是陰極；閉合開關(guān)K后，b電極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
③電解池中陽極反應(yīng)式為HSO₃^--2e^-+H₂O=SO₄^2-+3H⁺，根據(jù)電極反應(yīng)式知，生成0.02molSO₄^2-轉(zhuǎn)移0.04mol電子，甲烷燃料電池反應(yīng)式為CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，該反應(yīng)中有2molKOH反應(yīng)時(shí)轉(zhuǎn)移8mol電子，則轉(zhuǎn)移0.04mol電子消耗n（KOH）=$\frac{0.04mol}{8mol}$×2mol=0.01mol，再根據(jù)c=$\frac{n}{V}$計(jì)算KOH濃度．

解答 解：（1）A．適當(dāng)增大氨水濃度，平衡正向移動(dòng)，提高二氧化硫去除率，故A正確；
B．使燃煤煙氣與氨水充分接觸，反應(yīng)物接觸面積增大，化學(xué)反應(yīng)速率增大，但不能提高二氧化硫去除率，故B錯(cuò)誤；
C．向氨水中加入少量硫酸，酸性增強(qiáng)抑制二氧化硫反應(yīng)，二氧化硫去除率降低，故C錯(cuò)誤；
D．把氨水加熱至100℃，一水合氨分解，氨水濃度降低，二氧化硫去除率降低，故D錯(cuò)誤；
故選A；
（2）這兩個(gè)反應(yīng)都需要吸收熱量，是將熱能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，故答案為：熱；化學(xué)；
（3）①甲烷燃料電池中，甲烷失電子發(fā)生氧化反應(yīng)、氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以通入甲烷的電極是負(fù)極、通入氧氣的電極是正極，負(fù)極上甲烷失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水，正極上氧氣得電子和水反應(yīng)生成氫氧根離子，正極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；放電時(shí)KOH參加反應(yīng)且生成水導(dǎo)致KOH濃度降低，所以溶液堿性減弱；
A．該燃料電池屬于原電池，是將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，故A正確；
B．該燃料電池中化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔�、熱能等，故B錯(cuò)誤；
C．該燃料電池產(chǎn)物為碳酸鉀和水，產(chǎn)物沒有污染，故C正確；
故答案為：CH₄；O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；減弱；B；
②連接原電池正極的電極是陽極、連接原電池負(fù)極的電極是陰極，通入氧氣的電解是正極，則a為電解池陽極；閉合開關(guān)K后，b電極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，
故答案為：陽極；還原反應(yīng)；
③電解池中陽極反應(yīng)式為HSO₃^--2e^-+H₂O=SO₄^2-+3H⁺，根據(jù)電極反應(yīng)式知，生成0.02molSO₄^2-轉(zhuǎn)移0.04mol電子，甲烷燃料電池反應(yīng)式為CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，該反應(yīng)中有2molKOH反應(yīng)時(shí)轉(zhuǎn)移8mol電子，則轉(zhuǎn)移0.04mol電子消耗n（KOH）=$\frac{0.04mol}{8mol}$×2mol=0.01mol，c（KOH）=$\frac{n}{V}$=$\frac{0.10mol/L×0.2L-0.01mol}{0.2L}$=0.05mol/L，
答：此時(shí)燃料電池中KOH的物質(zhì)的量濃度為0.05mol/L．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡影響因素、原電池和電解池原理，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析判斷及計(jì)算能力，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書寫及有關(guān)計(jì)算，注意結(jié)合電解質(zhì)溶液酸堿性書寫電極反應(yīng)式，題目難度中等．