Question

I．利用化学原理可以对工厂排放的废水、废渣等进行有效检测与合理处理．用乙烯作为还原剂将氮的氧化物还原为N₂是燃煤烟气的一种脱硝（除NOx）技术．其脱硝机理如图甲，脱硝率与温度、负载率（分子筛中催化剂的质量分数）的关系如图乙所示．
①写出该脱硝过程中乙烯和NO₂反应的化学方程式

 

．
②为达到最佳脱硝效果，应采取的条件

 

．
Ⅱ．有学者设想以图丙所示装置用电化学原理将燃煤烟气中的CO₂、SO₂转化为重要化工原料．
若A为SO₂，B为O₂，C为H₂SO₄．科研人员希望每分钟从C处获得50mL 10mol/L H₂SO₄，则A处通入烟气（SO₂的体积分数为1%）的速率为

 

L/min（标准状况）．
Ⅲ．（1）图是丁1mol NO₂（g）和1mol CO（g）反应生成CO₂和NO过程中能量变化示意图，若在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，E₁的变化是

 

，△H的变化是

 

（填“增大”、“减小”、“不变”）．
（2）甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的两种反应原理是：
①CH₃OH（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+3H₂（g）△H=+49.0kJ?mol^-1
②CH₃OH（g）+

1

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂（g）△H=-192.9kJ?mol^-1
又知③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44kJ?mol^-1
则甲醇蒸气完全燃烧生成液态水的热化学方程式为

 

．
写出甲醇燃料电池在酸性条件下的负极电极反应式

 

．

Answer 1

分析：I、①根据反应物和生成物，结合质量守恒定律书写化学方程式；
②根据图象判断最佳脱硝率的温度和负载率；
Ⅱ、根据S守恒进行计算；
Ⅲ、（1）催化剂可以降低反应所需的能量，对化学平衡不产生影响；
（2）利用盖斯定律进行计算，
燃料电池是一种特殊的原电池，负极上是燃料发生失电子的氧化反应．

解答：解：Ⅰ、①乙烯和NO₂反应生成二氧化碳、氮气和水，方程式为：2C₂H₄+6NO₂=4CO₂+3N₂+4H₂O，
故答案为：2C₂H₄+6NO₂=4CO₂+3N₂+4H₂O；
②由图象可知：最佳脱硝率的温度为350℃，最佳负载率为3%，故答案为：350℃、负载率3%；
Ⅱ、C处每分钟生产硫酸的物质的量为10×0.05=0.5mol，根据S守恒可知：A处每分钟通入SO₂的体积为0.5×22.4=11.2（L），所以A处通入烟气（SO₂的体积分数为1%）的速率为11.2÷1%=1120（L/min），
故答案为：1120；
Ⅲ、（1）催化剂可以降低反应所需的能量，故E₁减小，催化剂只改变化学反应的速率，对化学平衡不产生影响，故△H保持不变，故答案为：减小，不变；
（2）利用盖斯定律进行计算，
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），△H=+131.9kJ/molⅠ
2H₂（g）+CO（g）+

3

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l），△H=-594.1kJ/molⅡ
将II-I得CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l），△H=（-594.1kJ/mol ）-（+131.9kJ/mol ）=-726 KJ/mol，
故答案为：CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726 KJ/mol；
以甲醇为燃料制作新型燃料电池，电池的正极通入O₂，负极通入甲醇，在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳，该电池负极发生的反应是：CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺，
故答案为：CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺．

点评：本题考查了二氧化氮及二氧化硫的治理，热化学方程式的书写、催化剂以及原电池知识，题目综合度较高，难度较大．