Question

9．下表列出了3種燃煤煙氣脫硫方法的原理．

方法1	用氨水將SO2轉化為NH4HSO3，再氧化成（NH4）2SO4
方法2	用水煤氣（主要成分為CO、H2等）將SO2在高溫下還原成單質硫
方法3	用Na2SO3溶液吸收SO2轉化為NaHSO3，再經電解轉化為H2SO4

（1）方法1中氨水吸收燃煤煙氣中SO₂的化學反應為：2NH₃+SO₂+H₂O=（NH₄）₂SO₃；（NH₄）₂SO₃+SO₂+H₂O=2NH₄HSO₃．下列能提高燃煤煙氣中SO₂去除速率的措施有A（填字母）．
A．適當增大氨水濃度                     B．使燃煤煙氣與氨水充分接觸
C．向氨水中加入少量硫酸               D．把氨水加熱至100℃
（2）方法2中主要發生了下列反應：
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
該方法從能量轉化的角度，可看作由熱能轉化為化學能．
（3）方法3可用甲烷燃料電池作為電源，對吸收SO₂后的NaHSO₃溶液進行電解實驗，如圖所示．回答下列問題：

①甲烷燃料電池中，通入CH₄（填“CH₄”或“O₂”）的一極為負極；正極的電極反應式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；該電池放電后，溶液的堿性會減弱（填“增強”，“減弱”或“不變”）．
下列關于該燃料電池的說法中不正確的是B．
A．該燃料電池可把化學能直接轉變為電能
B．該燃料電池中化學能100%轉變為電能
C．該燃料電池的優點之一是無污染，是一種具有應用前景的綠色電源
②a電極的名稱是陽極；閉合開關K后，b電極上發生的反應類型是還原反應．
③若上述甲烷燃料電池中用的是200mL 0.10mol•L^-1的KOH溶液，閉合開關K一段時間后，測得U形管中生成了0.02molSO₄^2-．試計算此時燃料電池中KOH的物質的量濃度（假設反應前后溶液的體積不變，列出計算過程）．

Answer 1

分析 （1）提高燃煤煙氣中SO₂去除速率需要將平衡正向移動，可以通過增大氨水濃度、減小生成物濃度、降低溫度等方法來實現；
（2）這兩個反應都需要吸收熱量，是將熱能轉化為化學能；
（3）①甲烷燃料電池中，通入甲烷的電極是負極、通入氧氣的電極是正極，負極上甲烷失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水，正極上氧氣得電子和水反應生成氫氧根離子；放電時KOH參加反應且生成水導致KOH濃度降低；
A．該燃料電池屬于原電池；
B．該燃料電池中化學能轉變為電能、熱能等；
C．該燃料電池產物沒有污染；
②連接原電池正極的電極是陽極、連接原電池負極的電極是陰極；閉合開關K后，b電極上得電子發生還原反應；
③電解池中陽極反應式為HSO₃^--2e^-+H₂O=SO₄^2-+3H⁺，根據電極反應式知，生成0.02molSO₄^2-轉移0.04mol電子，甲烷燃料電池反應式為CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，該反應中有2molKOH反應時轉移8mol電子，則轉移0.04mol電子消耗n（KOH）=$\frac{0.04mol}{8mol}$×2mol=0.01mol，再根據c=$\frac{n}{V}$計算KOH濃度．

解答 解：（1）A．適當增大氨水濃度，平衡正向移動，提高二氧化硫去除率，故A正確；
B．使燃煤煙氣與氨水充分接觸，反應物接觸面積增大，化學反應速率增大，但不能提高二氧化硫去除率，故B錯誤；
C．向氨水中加入少量硫酸，酸性增強抑制二氧化硫反應，二氧化硫去除率降低，故C錯誤；
D．把氨水加熱至100℃，一水合氨分解，氨水濃度降低，二氧化硫去除率降低，故D錯誤；
故選A；
（2）這兩個反應都需要吸收熱量，是將熱能轉化為化學能，故答案為：熱；化學；
（3）①甲烷燃料電池中，甲烷失電子發生氧化反應、氧氣得電子發生還原反應，所以通入甲烷的電極是負極、通入氧氣的電極是正極，負極上甲烷失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水，正極上氧氣得電子和水反應生成氫氧根離子，正極反應式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；放電時KOH參加反應且生成水導致KOH濃度降低，所以溶液堿性減弱；
A．該燃料電池屬于原電池，是將化學能直接轉化為電能，故A正確；
B．該燃料電池中化學能轉變為電能、熱能等，故B錯誤；
C．該燃料電池產物為碳酸鉀和水，產物沒有污染，故C正確；
故答案為：CH₄；O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；減弱；B；
②連接原電池正極的電極是陽極、連接原電池負極的電極是陰極，通入氧氣的電解是正極，則a為電解池陽極；閉合開關K后，b電極上得電子發生還原反應，
故答案為：陽極；還原反應；
③電解池中陽極反應式為HSO₃^--2e^-+H₂O=SO₄^2-+3H⁺，根據電極反應式知，生成0.02molSO₄^2-轉移0.04mol電子，甲烷燃料電池反應式為CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，該反應中有2molKOH反應時轉移8mol電子，則轉移0.04mol電子消耗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：此時燃料電池中KOH的物質的量濃度為0.05mol/L．

點評 本題考查化學平衡影響因素、原電池和電解池原理，為高頻考點，側重考查學生分析判斷及計算能力，難點是電極反應式的書寫及有關計算，注意結合電解質溶液酸堿性書寫電極反應式，題目難度中等．