Question

15．氮氧化物是大气污染物之一，消除氮氧化物的方法有多种．
（1）甲烷有多种用途．a．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=-574 kJ/mol
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ/mol
则CH₄将NO₂还原为N₂的热化学方程式为：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol．
b．甲烷与空气，KOH作电解质溶液，可构成燃料电池，其负极反应式为CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，若用该电池电解1升CuSO₄溶液，阳极产生64克铜，则消耗标准状况下甲烷的体积为5.6升，此时电路中通过2N_A个电子．
（2）利用ClO₂氧化氮氧化物．其转化流程如图：
NO$→_{反应Ⅰ}^{CO_{2}}$NO₂$→_{反应Ⅱ}^{Na_{2}SO_{3}水溶液}$N₂
已知反应Ⅰ的化学方程式为2NO+ClO₂+H₂O═NO₂+HNO₃+HCl，则反应Ⅱ的化学方程式是2NO₂+4Na₂SO₃═N₂+4Na₂SO₄；若生成11.2LN₂（标准状况），则消耗ClO₂67.5g．

Answer 1

分析 （1）a．①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ/mol，
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ/mol，
依据盖斯定律$\frac{①+②}{2}$得到；
b．原电池放电时，甲烷失电子被氧化反应；根据转移电子守恒分析解答；
（2）二氧化氮具有氧化性，亚硫酸钠具有还原性，根据氧化还原反应的规律知识来回答判断；

解答 （解：（1）a．①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ/mol，
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ/mol，
依据盖斯定律$\frac{①+②}{2}$得到CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ/mol，
故答案为：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867 kJ/mol；
b．原电池放电时，甲烷失电子被氧化，应为电池负极反应，其电极反应式为：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；电池在放电过程中消耗氢氧根离子，所以溶液的pH减小；阳极产生64克铜，转移电子数为：$\frac{64g}{64g/mol}$×2=2mol，所以甲烷的物质的量为：$\frac{2}{8}$mol=0.25mol，则
体积为：0.25mol×22.4L/mol=5.6L，转移电子数为：2N_A；故答案为：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；5.6；2N_A；
（2）二氧化氮具有氧化性，亚硫酸钠具有还原性，二者之间会发生氧化还原反应：2NO₂+4Na₂SO₃═N₂+4Na₂SO₄，结合化学反应2NO+ClO₂+H₂O=NO₂+HNO₃+HCl知道，N₂～2NO₂～2ClO₂，所以若生成11.2L即0.5molN₂（标准状况），则消耗1molClO₂质量是1mol×67.5g/mol=67.5g，故答案为：2NO₂+4Na₂SO₃═N₂+4Na₂SO₄，67.5g．

点评 本题考查了热化学方程式的书写和电化学反应中的相关计算，侧重考查学生对数据的分析处理，题目难度中等．