Question

13．燃煤廢氣中的氮氧化物（NO_x）、二氧化碳等氣體，常用下列方法處理，以實現(xiàn)節(jié)能減排、廢物利用等．
（1）對燃煤廢氣進行脫硝處理時，常利用甲烷催化還原氮氧化物，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
則CH₄（g）將NO₂（g）還原為N₂（g）的熱化學方程式為CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1
（2）將燃煤廢氣中的CO₂轉化為甲醚的反應原理為：2CO₂（g）+6H₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）
①若用甲醚作為燃料電池的原料，請寫出在堿性介質中電池負極的電極反應式CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O
②在①所確定的電池中，若通入甲醚（沸點為-24.9℃）的速率為1.12L•min^-1（標準狀況），并以該電池作為電源電解 2mol•L^-1 CuSO₄溶液500mL，則通電30s后理論上在陰極可析出金屬銅9.6g
（3）以NO₂、O₂、熔融NaNO₃組成的燃料電池裝置如圖所示在使用過程中石墨I電極反應生成一種氧化物Y，有關電極反應可表示為NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅．

Answer 1

分析 （1）①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
結合蓋斯定律可知$\frac{①+②}{2}$得到CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；
（2）①若用甲醚作為燃料電池的原料，在堿性介質中電池負極上甲醚失去電子生成碳酸根離子；
②由電子守恒可知，CH₃OCH₃～12e^-～6Cu；
（3）由圖可知，通入氧氣的一端為正極，石墨I電極反應生成一種氧化物Y，可知NO₂失去電子生成N₂O₅．

解答 解：（1）①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
結合蓋斯定律可知$\frac{①+②}{2}$得到CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），△H=$\frac{-574kJ/mol-1160kJ/mol}{2}$=-867 kJ•mol^-1，
則CH₄（g）將NO₂（g）還原為N₂（g）的熱化學方程式為CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ•mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ•mol^-1；
（2）①若用甲醚作為燃料電池的原料，在堿性介質中電池負極上甲醚失去電子生成碳酸根離子，電極反應為CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O，
故答案為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；
②由電子守恒可知，CH₃OCH₃～12e^-～6Cu，則通電30s后理論上在陰極可析出金屬Cu為$\frac{1.12L/min×0.5min}{22.4L/mol}$×6×64g/mol=9.6g，
故答案為：9.6；
（3）由圖可知，通入氧氣的一端為正極，石墨I電極反應生成一種氧化物Y，可知NO₂失去電子生成N₂O₅，則I上電極反應為NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅，
故答案為：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅．

點評 本題考查熱化學方程式及原電池，為高頻考點，把握蓋斯定律的應用、電極反應的書寫為解答的關鍵，側重分析與應用能力的考查，綜合性較強，題目難度不大．