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3.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)目前,应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术是NH3催化还原法,化学反应可表示为:2NH3(g)+NO(g)+NO2(g)═2N2(g)+3H2O(g)△H<0
①该反应中,反应物总能量>(填“>”、“<”或“=”)生成物总能量.
②当该反应有2mol N2(g)生成时,电子转移的物质的量为6mol.
③该反应中,还原剂为NH3(填化学式),氧化产物与还原产物的质量比为1:1.
(2)也可以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
CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-867kJ/mol
则CH4(g)将NO(g)还原为N2(g)的热化学方程式是CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-1160kJ•mol-1
(3)还可利用ClO2 消除氮氧化物的污染,反应过程如下(部分反应物或生成物略去):NO$→_{反应Ⅰ}^{ClO_{2}}$NO2$→_{反应Ⅱ}^{Na_{2}SO_{3}水溶液}$N2
反应I的产物中还有两种强酸生成,且其中一种强酸为硝酸,且硝酸与NO3物质的量相等,则化学反应方程式为2NO+ClO2+H2O=NO2+HNO3+HCl,反应中若生成22.4L N2(标准状况),则消耗ClO2135g.
(4)氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置.如图为电池示意图,该电池电极表面镀一层细小的铂粉,铂吸附气体的能力强,性质稳定.
(1)氢氧燃料电池的能量转化主要形式是化学能转变为电能,工作时电流方向为b→a(用a、b和箭头表示).
(2)负极的电极反应式为H2-2e-+2OH-=2H2O.
(3)电极表面镀铂粉的原因为增大电极单位面积吸附H2和O2的分子数,增大反应速率.

分析 (1)①△H<0,反应为放热反应,反应物总能量大于生成物总能量;
②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;
③元素化合价升高失电子发生氧化反应的物质做还原剂,结合化学方程式定量关系计算氧化产物与还原产物的质量比;
(2)①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-574kJ/mol
②CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-867kJ/mol
依据盖斯定律计算②×2-①得到所需热化学方程式;
(3)根据信息知道一氧化氮和二氧化氯之间反应生成产物是硝酸、盐酸以及二氧化氮,根据化学方程式结合电子守恒来计算;
(4)(1)原电池是将化学能转变为电能的装置,原电池放电时,电子从负极沿导线流向正极;
(2)负极上燃料失电子发生还原反应,正极上氧气得电子生成氢氧根离子;
(3)参加反应的物质浓度增大,反应速率加快.

解答 解:(1)①化学反应可表示为:2NH3(g)+NO(g)+NO2(g)═2N2(g)+3H2O(g)△H<0,故焓变小于0说明反应为放热反应,反应物总能量大于生成物总能量,
故答案为:>;
②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2mol N2(g)生成,该反应的电子转移的量是6mol,
故答案为:6;
③反应中氨气中氮元素化合价-3价升高为0价,失电子做还原剂被氧化得到氧化产物N2,2NH3(g)被氧化得到1mol氧化产物N2,所以还原产物氮气物质的量为1mol,氧化产物与还原产物的质量比为1:1,
故答案为:NH3;  1:1;
(2)①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-574kJ/mol
②CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-867kJ/mol
依据盖斯定律计算②×2-①得到CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-1160kJ•mol-1
故答案为:CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-1160kJ•mol-1
(3)根据信息知道一氧化氮和二氧化氯之间反应生成产物是硝酸、盐酸以及二氧化氮,反应方程式为:2NO+ClO2+H2O=NO2+HNO3+HCl,根据物质的性质及化合价变化可知:2NO~5e-~NO2+HNO3,ClO2~5e-~HCl,所以有2NO2~ClO2.根据物质的性质及化合价变化可知:2NO2~8e-~N2,Na2SO3~2e-~Na2SO4,所以有2NO2~4 Na2SO3.根据关系式有:2ClO2~2NO2~N2,反应中若生成22.4L N2(标准状况),物质的量为1mol,则n(ClO2)=2n(NO2)=2 mol,m(ClO2)=2mol×67.5g/mol=135g,
故答案为:2NO+ClO2+H2O=NO2+HNO3+HCl; 135;
(4)(1)该装置是把化学物质中的能力转化为电能,所以是化学能转变为电能;在原电池中,负极上失电子,正极上得电子,电子的流向是从负极流向正极,所以是 由a到b,电流方向为b→a,
故答案为:化学能转变为电能;b→a;
(2)碱性环境中,该反应中负极上氢气失电子生成氢离子,电极反应式为H2+2OH--2e-═2H2O,正极上氧气得电子生成氢氧根离子,电极反应式为2H2O+O2+4e-═4OH-,故答案为:H2-2e-+2OH-=2H2O;
(3)电极表面镀铂粉,增大了电极单位面积吸附H2、O2的分子数,使反应物的浓度增大,反应速率加快,
故答案为:增大电极单位面积吸附H2、O2的分子数,加快电极反应速率.

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、化学电源的工作原理等综合知识,注意知识的迁移和应用是关键,题目难度中等.

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(1)对燃煤废气进行脱硝处理时,常利用甲烷催化还原氮氧化物,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
则CH4(g)将NO2(g)还原为N2(g)的热化学方程式为CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-867kJ•mol-1
(2)将燃煤废气中的CO2转化为甲醚的反应原理为:2CO2(g)+6H2(g)$\stackrel{催化剂}{?}$CH3OCH3(g)+3H2O(g)
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