Question

氮氧化物是造成霧霾天氣的主要原因之一．消除氮氧化物有多種方法．
（1）NH₃催化還原氮氧化物（SCR）技術是目前應用最廣泛的煙氣氮氧化物脫除技術．發(fā)生的化學反應是：2NH₃（g）+NO（g）+NO₂（g）

180℃

催化劑

2N₂（g）+3H₂O，當有1mol N₂（g）生成，該反應的電子轉移總數(shù)是

 

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（2）可利用甲烷催化還原氮氧化物．已知：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?moL^-1
CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?moL^-1
則CH₄（g）將NO（g）還原為N₂（g）的熱化學方程式是

 

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（3）已知反應：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△＜0，根據(jù)原電池原理該反應能否設計成燃料電池．若能，請寫出當電解質溶液為KOH溶液時的正極反應式（若不能，該空可不作答）：

 

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Answer 1

考點：氮的氧化物的性質及其對環(huán)境的影響,氧化還原反應的電子轉移數(shù)目計算,用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,原電池和電解池的工作原理

專題：基本概念與基本理論,元素及其化合物

分析：（1）氧化還原反應中，化合價升高的數(shù)值=化合價降低數(shù)值=轉移電子數(shù)；
（2）根據(jù)蓋斯定律來計算化學反應的焓變；
（3）依據(jù)反應中元素化合價變化判斷反應是否為自發(fā)進行的氧化還原反應，自發(fā)進行的氧化還原反應可以設計成原電池反應，燃料在負極失電子發(fā)生氧化反應，二氧化氮在正極得到電子發(fā)生還原反應生成氮氣，結合電荷守恒書寫電極反應；

解答： 解：（1）根據(jù)化合價升高的數(shù)值=化合價降低數(shù)值=轉移電子數(shù)，化合價升高情況：2NH₃～6e^-～N₂，所以當有1mol N₂（g）生成，該反應的電子轉移的量是6mol，總數(shù)是6N_A 或6×6.02×10²³，故答案為：
（2）①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?moL^-1
②CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?moL^-1
根據(jù)蓋斯定律，將已知熱化學方程式②×2-①可得：CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160 kJ?mol^-1；
故答案為：CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160 kJ?mol^-1；
（3）已知反應：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H＜0，△S＞0，△H-T△S＜0，反應是自發(fā)進行的氧化還原反應，可以設計原電池反應，二氧化氮在正極得到電子發(fā)生還原反應生成氮氣，電極反應為：2NO₂+8e^-+4H₂O=N₂+8OH^-；
故答案為：2NO₂+8e^-+4H₂O=N₂+8OH^-；

點評：本題涉及氧化還原反應中的概念、蓋斯定律的應用、化學平衡的有關計算、原電池反應設計和電極反應應用等綜合知識，注意知識的遷移和應用是關鍵，難度中等．