Question

随着大气污染的日趋严重，国家拟于“十二五”期间，将二氧化硫（SO₂）排放量减少8%，氮氧化物（NO_x）排放量减少10%．目前，消除大气污染有多种方法．
Ⅰ．处理NO_x的一种方法是利用甲烷催化还原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
则△H₂=

 

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Ⅱ．化石燃料的燃烧、含硫金属矿石的冶炼和硫酸的生产过程中产生的SO₂是大气中SO₂的主要来源．
（1）将煤转化为水煤气是将煤转化为洁净燃料的方法之一，反应为C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g），该反应的化学平衡常数表达式为K=

 

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（2）碘循环工艺不仅能吸收SO₂降低环境污染，同时又能制得氢气，具体流程如下：

①用离子方程式表示反应器中发生的反应

 

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②用化学平衡移动的原理分析，在HI分解反应中使用膜反应器分离出H₂的目的是

 

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Ⅲ．开发新能源是解决大气污染的有效途径之一．直接甲醇燃料电池（简称DMFC）由于结构简单、能量转化率高、对环境无污染，可作为常规能源的替代品而越来越受到关注．DMFC工作原理如图所示：

通入a气体的电极是原电池的

 

极（填“正”或“负”），其电极反应式为

 

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Answer 1

考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学电源新型电池,化学平衡常数的含义,二氧化硫的污染及治理

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题,电化学专题

分析：Ⅰ．依据已知热化学方程式，根据盖斯定律，利用“加合法”计算；
Ⅱ．（1）依据化学方程式和平衡常数概念书写平衡常数；
（2）①从流程图可知，在反应器中，I₂氧化SO₂，生成硫酸和HI；
②HI分解是可逆反应，分离出氢气有利于平衡正向移动；
Ⅲ．根据图知，交换膜是质子交换膜，则电解质溶液呈酸性，根据氢离子移动方向知，通入a的电极为负极、通入b的电极为正极，负极上甲醇失去电子发生氧化反应．

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
由盖斯定律可知②=③×2-①，因此△H₂=2×-867kJ?mol^-1-（-574kJ?mol^-1）=-1160kJ?mol^-1，
故答案为：-1160kJ?mol^-1；
Ⅱ．（1）C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g），该反应的化学平衡常数表达式为K=

c(CO)?c(H2)

c(H2O)

，
故答案为：

c(CO)?c(H2)

c(H2O)

；
（2）①从流程图可知，在反应器中，I₂氧化SO₂，生成硫酸和HI，反应方程式为SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺，
故答案为：SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺；
②HI分解为可逆反应，及时分离出产物H₂，有利于反应正向进行，
故答案为：HI分解为可逆反应，及时分离出产物H₂，有利于反应正向进行；
（3）根据图知，交换膜是质子交换膜，则电解质溶液呈酸性，根据氢离子移动方向知，通入a的电极为负极、通入b的电极为正极，负极上甲醇失去电子发生氧化反应，负极反应式为 CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，
故答案为：负；CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；

点评：本题考查了利用盖斯定律进行反应热的计算以、化学平衡常数表达式及化学平衡移动、燃料电池的原理，综合性较强，为高考常见组合形式的考题，根据元素化合价变化确定正负极发生的反应，知道电解时离子放电顺序，难点是新型电池电极反应式的书写，要根据生成物、电解质特点书写电极反应式，注意：酸性条件下不能生成氢氧根离子，碱性条件下不能生成氢离子，为易错点．