Question

甲烷是天然氣的主要成分，是生產(chǎn)生活中應用非常廣泛的一種化學物質(zhì)。

(1)一定條件下，用甲烷可以消除氮氧化物(NO_x)的污染。已知：

CH₄(g)＋4NO(g)===2N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)　ΔH₁

CH₄(g)＋4NO₂(g)===4NO(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)　ΔH₂

現(xiàn)有一份在相同條件下對H₂的相對密度為17的NO與NO₂的混合氣體，用16 g甲烷氣體催化還原該混合氣體，恰好生成氮氣、二氧化碳氣體和水蒸氣，共放出1042.8 kJ熱量。

①該混合氣體中NO和NO₂的物質(zhì)的量之比為________。

②已知上述熱化學方程式中ΔH₁＝－1160 kJ/mol，則ΔH₂＝________。

③在一定條件下NO氣體可以分解為NO₂氣體和N₂氣體，寫出該反應的熱化學方程式：______________。

(2)以甲烷為燃料的新型電池，其成本大大低于以氫氣為燃料的傳統(tǒng)燃料電池，目前得到廣泛地研究，如圖是目前研究較多的一類固體氧化物燃料電池工作原理示意圖�；卮鹣铝袉栴}：

④B極為電池________極，電極反應式為________________。

⑤若用該燃料電池作電源，用石墨作電極電解100 mL 1 mol/L的硫酸銅溶液，寫出陽極的電極反應式：_______________，當兩極收集到的氣體體積相等時，理論上消耗的甲烷的體積為______(標準狀況下)，實際上消耗的甲烷體積(折算到標準狀況)比理論上大，可能原因為________________。

Answer 1

解析：本題考查了熱化學和電化學知識，意在考查考生綜合運用所學知識的能力。(1)由“對H₂的相對密度為17”可知，平均相對分子質(zhì)量為34，設(shè)NO為x mol，NO₂為y mol，則＝34，xy＝31。即NO為3y mol,16 g CH₄為1 mol，轉(zhuǎn)移電子8 mol，由得失電子守恒得4y＋6y＝8，y＝0.8，最后沒有NO，則0.2 mol×ΔH₂＋0.8 mol×ΔH₁＝－1042.8 kJ，ΔH₂＝－574 kJ/mol。由(第一個方程式－第二個方程式)÷2得4NO(g)===2NO₂(g)＋N₂(g)　ΔH＝－293 kJ/mol。(2)由電池工作原理示意圖可知。B極通入的是甲烷，為負極，總反應為CH₄＋2O₂===CO₂＋2H₂O，正極反應為2O₂＋8e^－===4O^2－，總反應減去正極反應即得負極反應：CH₄＋4O^2－－8e^－===CO₂＋2H₂O。陽極的電極反應式為2H₂O－4e^－===O₂↑＋4H^＋；陰極首先發(fā)生Cu^2＋＋2e^－===Cu，當Cu^2＋消耗完畢，H^＋放電：2H^＋＋2e^－===H₂↑，設(shè)生成氫氣和氧氣都是x mol，則轉(zhuǎn)移電子4x mol，0.2＋2x＝4x，x＝0.1 mol，轉(zhuǎn)移0.4 mol電子消耗甲烷0.05 mol，體積為1.12 L(標準狀況下)，消耗甲烷體積比理論上大，有可能是甲烷不完全被氧化生成C或CO(或電池能量轉(zhuǎn)化率達不到100%等)。

答案：(1)①31(2分)�、冢�574 kJ/mol(2分)

③4NO(g)===2NO₂(g)＋N₂(g)　 ΔH＝－293 kJ/mol(2分)

(2)④負(2分)

CH₄＋4O^2－－8e^－===CO₂＋2H₂O(2分)

⑤2H₂O－4e^－===O₂↑＋4H^＋(2分)　1.12 L(2分)　甲烷不完全被氧化生成C或CO(或電池能量轉(zhuǎn)化率達不到100%，其他合理答案也可)(2分)