Question

I．利用化學原理可以對工廠排放的廢水、廢渣等進行有效檢測與合理處理．用乙烯作為還原劑將氮的氧化物還原為N₂是燃煤煙氣的一種脫硝（除NOx）技術．其脫硝機理如圖甲，脫硝率與溫度、負載率（分子篩中催化劑的質量分數）的關系如圖乙所示．
①寫出該脫硝過程中乙烯和NO₂反應的化學方程式

 

．
②為達到最佳脫硝效果，應采取的條件

 

．
Ⅱ．有學者設想以圖丙所示裝置用電化學原理將燃煤煙氣中的CO₂、SO₂轉化為重要化工原料．
若A為SO₂，B為O₂，C為H₂SO₄．科研人員希望每分鐘從C處獲得50mL 10mol/L H₂SO₄，則A處通入煙氣（SO₂的體積分數為1%）的速率為

 

L/min（標準狀況）．
Ⅲ．（1）圖是丁1mol NO₂（g）和1mol CO（g）反應生成CO₂和NO過程中能量變化示意圖，若在反應體系中加入催化劑，反應速率增大，E₁的變化是

 

，△H的變化是

 

（填“增大”、“減小”、“不變”）．
（2）甲醇質子交換膜燃料電池中將甲醇蒸氣轉化為氫氣的兩種反應原理是：
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
則甲醇蒸氣完全燃燒生成液態水的熱化學方程式為

 

．
寫出甲醇燃料電池在酸性條件下的負極電極反應式

 

．

Answer 1

分析：I、①根據反應物和生成物，結合質量守恒定律書寫化學方程式；
②根據圖象判斷最佳脫硝率的溫度和負載率；
Ⅱ、根據S守恒進行計算；
Ⅲ、（1）催化劑可以降低反應所需的能量，對化學平衡不產生影響；
（2）利用蓋斯定律進行計算，
燃料電池是一種特殊的原電池，負極上是燃料發生失電子的氧化反應．

解答：解：Ⅰ、①乙烯和NO₂反應生成二氧化碳、氮氣和水，方程式為：2C₂H₄+6NO₂=4CO₂+3N₂+4H₂O，
故答案為：2C₂H₄+6NO₂=4CO₂+3N₂+4H₂O；
②由圖象可知：最佳脫硝率的溫度為350℃，最佳負載率為3%，故答案為：350℃、負載率3%；
Ⅱ、C處每分鐘生產硫酸的物質的量為10×0.05=0.5mol，根據S守恒可知：A處每分鐘通入SO₂的體積為0.5×22.4=11.2（L），所以A處通入煙氣（SO₂的體積分數為1%）的速率為11.2÷1%=1120（L/min），
故答案為：1120；
Ⅲ、（1）催化劑可以降低反應所需的能量，故E₁減小，催化劑只改變化學反應的速率，對化學平衡不產生影響，故△H保持不變，故答案為：減小，不變；
（2）利用蓋斯定律進行計算，
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
將II-I得CH₃OH（l）+

3

2

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

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726 KJ/mol；
以甲醇為燃料制作新型燃料電池，電池的正極通入O₂，負極通入甲醇，在酸性溶液中甲醇與氧作用生成水和二氧化碳，該電池負極發生的反應是：CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺，
故答案為：CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺．

點評：本題考查了二氧化氮及二氧化硫的治理，熱化學方程式的書寫、催化劑以及原電池知識，題目綜合度較高，難度較大．