Question

环境保护是目前人类面临的一项重大课题．为应对燃料使用造成的环境污染，科学家构想了利用太阳能促进燃料的循环使用，其构想可用如图表示：
其中主要的反应为：
①2CO₂

光能  .

2CO+O₂
②2H₂O

光能  .

2H₂+O₂
③2N₂+6H₂O

光能  .

4NH₃+3O₂
④2CO₂+4H₂O

光能

2CH₃OH+3O₂
⑤

CO₂

+H₂O

光能

CH₄+

2O₂

．
请你填空：
（1）请你将反应⑤补充完整：

CO₂

+H₂O

光能

CH₄+

2O₂

（2）过程Ⅱ中的△H

＜

0（填“＜”、“＞”或“=”）．
（3）下列对过程Ⅰ和Ⅱ的描述中正确的是

bd

．
a．太阳能最终转化为化学能贮存于化学物质中
b．太阳能最终主要转化为热能
c．经过上述一个循环后放出O₂
d．经过上述一个循环后不会产生新物质
（4）要实现上述循环，当前需要解决的关键问题是过程

Ⅰ

（填“Ⅰ”或“Ⅱ”），此过程的设计可参考自然界中

光合

作用．
（5）用CH₄催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染．例如：
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
若用标准状况下4.48L CH₄还原NO₂至N₂，整个过程中转移电子的物质的量为

1.6mol

，试写出上述NO₂转化为N₂的热化学方程式：

CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1

．

Answer 1

分析：（1）分析图示，其主要的反应均生成的是可燃物和氧气，结合质量守恒，可将反应⑤补充完整；
（2）燃烧为放热反应；
（3）综合两过程，其将化学能转化为热能使用，一个循环后没有新物质生成；
（4）过程Ⅰ是能量增加的过程，此过程的设计可参考自然界中光合作用；
（5）根据盖斯定律来计算反应的焓变，根据化合价的升降来判断电子转移情况，计算反应热的多少．

解答：解：（1）二氧化碳与水反应生成甲烷和氧气，故答案为：CO₂；2O₂；
（2）过程Ⅱ是燃烧反应，均放热，故△H＜0，故答案为：＜；
（3）a．综合两过程，其将化学能转化为热能使用，故a错误；
b．综合两过程，其将化学能转化为热能使用，故b正确；
C．一个循环后没有新物质生成，故C错误；
d．一个循环后没有新物质生成，故d正确．
故选bd；
（4）当前需要解决的关键是过程Ⅰ，此过程的设计可参考自然界中光合作用，故答案为：Ⅰ；光合；
（5）已知①CH₄（g）+4N0₂（g）=4NO（g）+C0₂（g）+2H₂0（g）△H=-574kJ?mol^-1，
②CH₄（g）+4N0（g）=2N₂（g）+C0₂（g）+2H₂0（g）△H=-1160kJ?mol^-1，
则反应CH₄（g）+2N0₂（g）=N₂（g）+C0₂（g）+2H₂0（g）等于

1

2

（①+②），
根据盖斯定律，所以反应CH₄（g）+2N0₂（g）=N₂（g）+C0₂（g）+2H₂0（g）△H=

1

2

[（-574kJ?mol^-1）+（-1160kJ?mol^-1）]=-867KJ/mol，反应CH₄（g）+2N0₂（g）=N₂（g）+C0₂（g）+2H₂0（g）中，1mol甲烷参加反应转移电子数为8mol，所以标准状况下4.48L极0.2molCH₄还原NO₂至N₂整个过程中转移的电子为1.6mol，
故答案为：1.6 mol；CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1．

点评：本题以信息形式主要考查了太阳能的利用，综合性较大，旨在考查学生对知识的迁移运用，依据已有的知识进行．