Question

9．下表列出了3种燃煤烟气脱硫方法的原理．

方法1	用氨水将SO2转化为NH4HSO3，再氧化成（NH4）2SO4
方法2	用水煤气（主要成分为CO、H2等）将SO2在高温下还原成单质硫
方法3	用Na2SO3溶液吸收SO2转化为NaHSO3，再经电解转化为H2SO4

（1）方法1中氨水吸收燃煤烟气中SO₂的化学反应为：2NH₃+SO₂+H₂O=（NH₄）₂SO₃；（NH₄）₂SO₃+SO₂+H₂O=2NH₄HSO₃．下列能提高燃煤烟气中SO₂去除速率的措施有A（填字母）．
A．适当增大氨水浓度                     B．使燃煤烟气与氨水充分接触
C．向氨水中加入少量硫酸               D．把氨水加热至100℃
（2）方法2中主要发生了下列反应：
①2CO（g）+SO₂（g）=S（g）+2CO₂（g）△H=+8.0KJ•mol^-1
②2H₂（g）+SO₂（g）=S（g）+2H₂O（g）△H=+90.4KJ•mol^-1
该方法从能量转化的角度，可看作由热能转化为化学能．
（3）方法3可用甲烷燃料电池作为电源，对吸收SO₂后的NaHSO₃溶液进行电解实验，如图所示．回答下列问题：

①甲烷燃料电池中，通入CH₄（填“CH₄”或“O₂”）的一极为负极；正极的电极反应式为O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；该电池放电后，溶液的碱性会减弱（填“增强”，“减弱”或“不变”）．
下列关于该燃料电池的说法中不正确的是B．
A．该燃料电池可把化学能直接转变为电能
B．该燃料电池中化学能100%转变为电能
C．该燃料电池的优点之一是无污染，是一种具有应用前景的绿色电源
②a电极的名称是阳极；闭合开关K后，b电极上发生的反应类型是还原反应．
③若上述甲烷燃料电池中用的是200mL 0.10mol•L^-1的KOH溶液，闭合开关K一段时间后，测得U形管中生成了0.02molSO₄^2-．试计算此时燃料电池中KOH的物质的量浓度（假设反应前后溶液的体积不变，列出计算过程）．

Answer 1

分析 （1）提高燃煤烟气中SO₂去除速率需要将平衡正向移动，可以通过增大氨水浓度、减小生成物浓度、降低温度等方法来实现；
（2）这两个反应都需要吸收热量，是将热能转化为化学能；
（3）①甲烷燃料电池中，通入甲烷的电极是负极、通入氧气的电极是正极，负极上甲烷失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子；放电时KOH参加反应且生成水导致KOH浓度降低；
A．该燃料电池属于原电池；
B．该燃料电池中化学能转变为电能、热能等；
C．该燃料电池产物没有污染；
②连接原电池正极的电极是阳极、连接原电池负极的电极是阴极；闭合开关K后，b电极上得电子发生还原反应；
③电解池中阳极反应式为HSO₃^--2e^-+H₂O=SO₄^2-+3H⁺，根据电极反应式知，生成0.02molSO₄^2-转移0.04mol电子，甲烷燃料电池反应式为CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，该反应中有2molKOH反应时转移8mol电子，则转移0.04mol电子消耗n（KOH）=$\frac{0.04mol}{8mol}$×2mol=0.01mol，再根据c=$\frac{n}{V}$计算KOH浓度．

解答 解：（1）A．适当增大氨水浓度，平衡正向移动，提高二氧化硫去除率，故A正确；
B．使燃煤烟气与氨水充分接触，反应物接触面积增大，化学反应速率增大，但不能提高二氧化硫去除率，故B错误；
C．向氨水中加入少量硫酸，酸性增强抑制二氧化硫反应，二氧化硫去除率降低，故C错误；
D．把氨水加热至100℃，一水合氨分解，氨水浓度降低，二氧化硫去除率降低，故D错误；
故选A；
（2）这两个反应都需要吸收热量，是将热能转化为化学能，故答案为：热；化学；
（3）①甲烷燃料电池中，甲烷失电子发生氧化反应、氧气得电子发生还原反应，所以通入甲烷的电极是负极、通入氧气的电极是正极，负极上甲烷失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，正极反应式为O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；放电时KOH参加反应且生成水导致KOH浓度降低，所以溶液碱性减弱；
A．该燃料电池属于原电池，是将化学能直接转化为电能，故A正确；
B．该燃料电池中化学能转变为电能、热能等，故B错误；
C．该燃料电池产物为碳酸钾和水，产物没有污染，故C正确；
故答案为：CH₄；O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；减弱；B；
②连接原电池正极的电极是阳极、连接原电池负极的电极是阴极，通入氧气的电解是正极，则a为电解池阳极；闭合开关K后，b电极上得电子发生还原反应，
故答案为：阳极；还原反应；
③电解池中阳极反应式为HSO₃^--2e^-+H₂O=SO₄^2-+3H⁺，根据电极反应式知，生成0.02molSO₄^2-转移0.04mol电子，甲烷燃料电池反应式为CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，该反应中有2molKOH反应时转移8mol电子，则转移0.04mol电子消耗n（KOH）=$\frac{0.04mol}{8mol}$×2mol=0.01mol，c（KOH）=$\frac{n}{V}$=$\frac{0.10mol/L×0.2L-0.01mol}{0.2L}$=0.05mol/L，
答：此时燃料电池中KOH的物质的量浓度为0.05mol/L．

点评 本题考查化学平衡影响因素、原电池和电解池原理，为高频考点，侧重考查学生分析判断及计算能力，难点是电极反应式的书写及有关计算，注意结合电解质溶液酸碱性书写电极反应式，题目难度中等．