Question

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）NH₃催化还原氮氧化物（SCR）技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术．发生的化学反应是：2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）

180℃

催化剂

2N₂（g）+3H₂O，当有1mol N₂（g）生成，该反应的电子转移总数是

 

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（2）可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^-1
CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?moL^-1
则CH₄（g）将NO（g）还原为N₂（g）的热化学方程式是

 

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（3）已知反应：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△＜0，根据原电池原理该反应能否设计成燃料电池．若能，请写出当电解质溶液为KOH溶液时的正极反应式（若不能，该空可不作答）：

 

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Answer 1

考点：氮的氧化物的性质及其对环境的影响,氧化还原反应的电子转移数目计算,用盖斯定律进行有关反应热的计算,原电池和电解池的工作原理

专题：基本概念与基本理论,元素及其化合物

分析：（1）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；
（2）根据盖斯定律来计算化学反应的焓变；
（3）依据反应中元素化合价变化判断反应是否为自发进行的氧化还原反应，自发进行的氧化还原反应可以设计成原电池反应，燃料在负极失电子发生氧化反应，二氧化氮在正极得到电子发生还原反应生成氮气，结合电荷守恒书写电极反应；

解答： 解：（1）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1mol N₂（g）生成，该反应的电子转移的量是6mol，总数是6N_A 或6×6.02×10²³，故答案为：
（2）①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?moL^-1
②CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?moL^-1
根据盖斯定律，将已知热化学方程式②×2-①可得：CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160 kJ?mol^-1；
故答案为：CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160 kJ?mol^-1；
（3）已知反应：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H＜0，△S＞0，△H-T△S＜0，反应是自发进行的氧化还原反应，可以设计原电池反应，二氧化氮在正极得到电子发生还原反应生成氮气，电极反应为：2NO₂+8e^-+4H₂O=N₂+8OH^-；
故答案为：2NO₂+8e^-+4H₂O=N₂+8OH^-；

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、原电池反应设计和电极反应应用等综合知识，注意知识的迁移和应用是关键，难度中等．