Question

3．氮氧化物是造成雾霾天气的主要原因之一，消除氮氧化物有多种方法．
（1）目前，应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术是NH₃催化还原法，化学反应可表示为：2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）═2N₂（g）+3H₂O（g）△H＜0
①该反应中，反应物总能量＞（填“＞”、“＜”或“=”）生成物总能量．
②当该反应有2mol N₂（g）生成时，电子转移的物质的量为6mol．
③该反应中，还原剂为NH₃（填化学式），氧化产物与还原产物的质量比为1：1．
（2）也可以利用甲烷催化还原氮氧化物．已知：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ/mol
CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol
则CH₄（g）将NO（g）还原为N₂（g）的热化学方程式是CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1．
（3）还可利用ClO₂ 消除氮氧化物的污染，反应过程如下（部分反应物或生成物略去）：NO$→_{反应Ⅰ}^{ClO_{2}}$NO₂$→_{反应Ⅱ}^{Na_{2}SO_{3}水溶液}$N₂
反应I的产物中还有两种强酸生成，且其中一种强酸为硝酸，且硝酸与NO₃物质的量相等，则化学反应方程式为2NO+ClO₂+H₂O=NO₂+HNO₃+HCl，反应中若生成22.4L N₂（标准状况），则消耗ClO₂135g．
（4）氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置．如图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定．
（1）氢氧燃料电池的能量转化主要形式是化学能转变为电能，工作时电流方向为b→a（用a、b和箭头表示）．
（2）负极的电极反应式为H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O．
（3）电极表面镀铂粉的原因为增大电极单位面积吸附H₂和O₂的分子数，增大反应速率．

Answer 1

分析 （1）①△H＜0，反应为放热反应，反应物总能量大于生成物总能量；
②氧化还原反应中，化合价升高的数值=化合价降低数值=转移电子数；
③元素化合价升高失电子发生氧化反应的物质做还原剂，结合化学方程式定量关系计算氧化产物与还原产物的质量比；
（2）①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ/mol
②CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol
依据盖斯定律计算②×2-①得到所需热化学方程式；
（3）根据信息知道一氧化氮和二氧化氯之间反应生成产物是硝酸、盐酸以及二氧化氮，根据化学方程式结合电子守恒来计算；
（4）（1）原电池是将化学能转变为电能的装置，原电池放电时，电子从负极沿导线流向正极；
（2）负极上燃料失电子发生还原反应，正极上氧气得电子生成氢氧根离子；
（3）参加反应的物质浓度增大，反应速率加快．

解答 解：（1）①化学反应可表示为：2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）═2N₂（g）+3H₂O（g）△H＜0，故焓变小于0说明反应为放热反应，反应物总能量大于生成物总能量，
故答案为：＞；
②根据化合价升高的数值=化合价降低数值=转移电子数，化合价升高情况：2NH₃～6e^-～N₂，所以当有2mol N₂（g）生成，该反应的电子转移的量是6mol，
故答案为：6；
③反应中氨气中氮元素化合价-3价升高为0价，失电子做还原剂被氧化得到氧化产物N₂，2NH₃（g）被氧化得到1mol氧化产物N₂，所以还原产物氮气物质的量为1mol，氧化产物与还原产物的质量比为1：1，
故答案为：NH₃；  1：1；
（2）①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ/mol
②CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol
依据盖斯定律计算②×2-①得到CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1，
故答案为：CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1；
（3）根据信息知道一氧化氮和二氧化氯之间反应生成产物是硝酸、盐酸以及二氧化氮，反应方程式为：2NO+ClO₂+H₂O=NO₂+HNO₃+HCl，根据物质的性质及化合价变化可知：2NO～5e^-～NO₂+HNO₃，ClO₂～5e^-～HCl，所以有2NO₂～ClO₂．根据物质的性质及化合价变化可知：2NO₂～8e^-～N₂，Na₂SO₃～2e^-～Na₂SO₄，所以有2NO₂～4 Na₂SO₃．根据关系式有：2ClO₂～2NO₂～N₂，反应中若生成22.4L N₂（标准状况），物质的量为1mol，则n（ClO₂）=2n（NO₂）=2 mol，m（ClO₂）=2mol×67.5g/mol=135g，
故答案为：2NO+ClO₂+H₂O=NO₂+HNO₃+HCl； 135；
（4）（1）该装置是把化学物质中的能力转化为电能，所以是化学能转变为电能；在原电池中，负极上失电子，正极上得电子，电子的流向是从负极流向正极，所以是 由a到b，电流方向为b→a，
故答案为：化学能转变为电能；b→a；
（2）碱性环境中，该反应中负极上氢气失电子生成氢离子，电极反应式为H₂+2OH^--2e^-═2H₂O，正极上氧气得电子生成氢氧根离子，电极反应式为2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-，故答案为：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O；
（3）电极表面镀铂粉，增大了电极单位面积吸附H₂、O₂的分子数，使反应物的浓度增大，反应速率加快，
故答案为：增大电极单位面积吸附H₂、O₂的分子数，加快电极反应速率．

点评 本题涉及氧化还原反应中的概念、盖斯定律的应用、化学平衡的有关计算、化学电源的工作原理等综合知识，注意知识的迁移和应用是关键，题目难度中等．