Question

13．燃煤废气中的氮氧化物（NO_x）、二氧化碳等气体，常用下列方法处理，以实现节能减排、废物利用等．
（1）对燃煤废气进行脱硝处理时，常利用甲烷催化还原氮氧化物，如：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
则CH₄（g）将NO₂（g）还原为N₂（g）的热化学方程式为CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1
（2）将燃煤废气中的CO₂转化为甲醚的反应原理为：2CO₂（g）+6H₂（g）$\stackrel{催化剂}{?}$CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）
①若用甲醚作为燃料电池的原料，请写出在碱性介质中电池负极的电极反应式CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O
②在①所确定的电池中，若通入甲醚（沸点为-24.9℃）的速率为1.12L•min^-1（标准状况），并以该电池作为电源电解 2mol•L^-1 CuSO₄溶液500mL，则通电30s后理论上在阴极可析出金属铜9.6g
（3）以NO₂、O₂、熔融NaNO₃组成的燃料电池装置如图所示在使用过程中石墨I电极反应生成一种氧化物Y，有关电极反应可表示为NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅．

Answer 1

分析 （1）①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
结合盖斯定律可知$\frac{①+②}{2}$得到CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；
（2）①若用甲醚作为燃料电池的原料，在碱性介质中电池负极上甲醚失去电子生成碳酸根离子；
②由电子守恒可知，CH₃OCH₃～12e^-～6Cu；
（3）由图可知，通入氧气的一端为正极，石墨I电极反应生成一种氧化物Y，可知NO₂失去电子生成N₂O₅．

解答 解：（1）①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
结合盖斯定律可知$\frac{①+②}{2}$得到CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），△H=$\frac{-574kJ/mol-1160kJ/mol}{2}$=-867 kJ•mol^-1，
则CH₄（g）将NO₂（g）还原为N₂（g）的热化学方程式为CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ•mol^-1，
故答案为：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ•mol^-1；
（2）①若用甲醚作为燃料电池的原料，在碱性介质中电池负极上甲醚失去电子生成碳酸根离子，电极反应为CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O，
故答案为：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；
②由电子守恒可知，CH₃OCH₃～12e^-～6Cu，则通电30s后理论上在阴极可析出金属Cu为$\frac{1.12L/min×0.5min}{22.4L/mol}$×6×64g/mol=9.6g，
故答案为：9.6；
（3）由图可知，通入氧气的一端为正极，石墨I电极反应生成一种氧化物Y，可知NO₂失去电子生成N₂O₅，则I上电极反应为NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅，
故答案为：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅．

点评 本题考查热化学方程式及原电池，为高频考点，把握盖斯定律的应用、电极反应的书写为解答的关键，侧重分析与应用能力的考查，综合性较强，题目难度不大．