Question

【题目】甲烷是天然气的主要成分，是生产生活中应用非常广泛的一种化学物质。

(1)一定条件下，用甲烷可以消除氮氧化物(NOx)的污染。已知：

CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) H1=-1160kJ/mol

CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) H2=-574kJ/mol

现有一份在相同条件下对H2的相对密度为17的NO与NO2的混合气体。

①该混合气体中NO和NO2的物质的量之比为________；

②在一定条件下NO气体可以分解为NO2气体和N2气体，写出该反应的热化学方程式：________.

(2)以甲烷为燃料的新型燃料电池，其成本大大低于以氢气为燃料的传统燃料电池，目前已得到了广泛的研究。如图是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池工作原理示意图。

①B极为电池________极，电极反应式为________。

②若用该燃料电池作电源，用石墨作电极电解100mL1mol/L的硫酸铜溶液，写出阳极的电极反应式：_______；标准状况下，当两极收集到的气体体积相等时，理论上消耗的甲烷的体积为________，实际上消耗的甲烷体积(已折算成标准状况下)比理论上大，可能原因为______________。

Answer 1

【答案】 3:1 4NO（g）=2NO2(g)+N2(g) △H=-293kJ/mol 负 CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O 2H2O-4e-=O2↑+4H+(或4OH——4e—=O2+2H2O) 1.12L 生成C(或生成CO或电池能量转化率达不到100%)

【解析】(1) ①由“对H2的相对密度为17”可知，平均相对分子质量为34，设NO为x mol，NO2为y mol，则，解得x:y＝3:1，即该混合气体中NO和NO2的物质的量之比为3:1；②已知：Ⅰ、CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) H1=-1160kJ/mol；Ⅱ、CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) H2=-574kJ/mol；根据盖斯定律，由得反应4NO（g）=2NO2(g)+N2(g) △H=-293kJ/mol；(2) ①通入燃料甲烷的电极是负极，通入氧气的电极是正极。B极为负极，发生的电极式为CH4 + 4O2——8e—= CO2+ 2H2O；②电解硫酸铜溶液时阳极的电极反应式4OH— —4e—= O2↑+ 2H2O，阴极的反应式是： Cu2++2e-=Cu；2H++2e-=H2↑。N(Cu)=0.1mol.若两极收集到的气体体积相等，设其物质的量为X。则4X=0.1×2+2X。解得X=0.1，在整个反应过程转移电子相等。电子的物质的量为0.4mol，由于每mol甲烷失去电子8mol，所以需要甲烷的物质的量为0.05mol。V（CH4）=0.05mol×22.4L/mol=1.12 L；实际上消耗的甲烷体积比理论上大，可能原因是甲烷不完全被氧化，生成C或CO 或 电池能量转化率达不到100%。