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=

 

．
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=

 

．800℃时，将1mol CO、3mol H₂O、1mol H₂充入容积为1L的容器中，发生反应：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），反应过程中各物质的浓度如下图t₁前所示变化．若保持温度不变，t₂时再向容器中充入CO、H₂各1mol，平衡将

 

移动（填“向左”、“向右”或“不”）．t₂时，若改变反应条件，导致H₂浓度发生如下图t₂后所示的变化，则改变的条件可能是

 

（填符号）．
a加入催化剂　b降低温度　c缩小容器体积　d减少CO₂的量
（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

 

．
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

 

．
Ⅲ．开发新能源是解决大气污染的有效途径之一．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工作原理如下图所示：

通入a气体的电极是原电池的

 

（填“正”或“负”），其电极反应式为

 

．

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,化学平衡的影响因素

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．依据热化学方程式和盖斯定律计算目标热化学方程式得到焓变；
Ⅱ．（1）依据化学方程式和平衡常数概念书写平衡常数；比较Qc与K大小，确定平衡移动方向，由图可知，t₂时改变的条件使平衡逆向移动所致；
（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：（1）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
依据盖斯定律计算，③×2-①得到CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-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)

；
Qc=

2.6×0.6

1.4×2.4

＜K=

0.6×1.6

2.4×0.4

，因此化学平衡向右移动；
由图可知，t₂时改变的条件使平衡逆向移动所致，加催化剂和缩小容器体积对平衡无影响，减少CO₂的量，平衡正向移动，降低温度，平衡逆向移动，
故答案为：

c(CO)?c(H2)

c(H2O)

；向右；b；
（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；
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，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、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，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．