Question

【題目】(1)氮氧化物是形成光化學煙霧和酸雨的一個重要原因，用CH4催化還原NOx可在一定程度上消除氮氧化物的污染。

已知： △H=－1160kJ·mol-1

△H=+293kJ·mol-1

則該條件下，CH4催化還原NO2消除污染的熱化學方程式為________________________。

(2)乙炔(CH≡CH)是重要的化工原料。工業上可用甲烷裂解法制取乙炔：同時發生副反應：;甲烷裂解時，幾種氣體平衡時分壓(Pa)的對數即lgP與溫度(℃)之間的關系如圖所示。根據圖判斷，反應 △H___0(填“>”或“<”)。

1725℃時，向恒容密閉容器中充入CH4，達到平衡時CH4生成C2H2的平衡轉化率為_____。該溫度下，的平衡常數Kp=_______[注：用平衡分壓(Pa)代替平衡濃度(mol·L-1)進行計算]。

(3)利用在特定條件下用鉑電極(陽極為鉑絲)電解飽和硫酸氫鉀溶液的方法制備K2S2O8(過二硫酸鉀)。在低溫下電解液中主要含有K+、H+和離子，電流通過溶液后發生反應。陽極區電極反應式為______________________________，X為_________交換膜(填“質子”、“陽離子”或“陰離子”)，當電路中通過0.2mol e-時，兩邊溶液質量的變化差為_________。

(4)甲烷燃料電池采用鉑為電極，兩電極上分別通入CH4和O2，電解質溶液為300mL 1.0mol·L-1的NaOH溶液。當O2通入量為8.96L(標準狀況)且反應完全時，所得溶液中各離子濃度由大到小的順序為_______________________________。

Answer 1

【答案】CH4(g)+2NO2(g) N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-867kJmol-1 > 62.5% 102.4Pa 2HSO4-—2e-=S2O82-+2H+ 質子 0.2g c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+)

【解析】

根據蓋斯定律分析熱化學方程式的書寫和反應熱，根據平衡的影響因素和平衡的三段式計算平衡常數。根據電解原理分析陽極和陰極的電極反應，根據溶液中的離子的變化分析兩極溶液的質量變化。

（1）① △H=－1160kJ·mol-1，② △H=+293kJ·mol-1，根據蓋斯定律分析，①+②得熱化學方程式為：CH4(g)+2NO2(g) N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=－1160+293=-867kJmol-1

（2）從圖分析，隨著溫度升高，甲烷的分壓(Pa)的對數變大，說明甲烷減少，則說明升溫平衡正向移動，即△H >0； 從圖分析，達到平衡時乙炔的分壓為100 Pa，則消耗的甲烷的分壓為200Pa，乙烯的分壓為10 Pa，消耗的甲烷的分壓為20Pa，剩余甲烷的分壓為100 Pa，最初甲烷的分壓為100+200+20=320 Pa，則甲烷生成乙炔的平衡轉化率為200/320=62.5%。平衡時甲烷的分壓為100 Pa，乙烯的分壓為10 Pa，則氫氣的分壓為300+20=320 Pa，平衡常數為=102.4Pa。

（3）電解硫酸氫鉀溶液制備過二硫酸鉀，所以說明硫元素化合價升高，即陽極為硫酸氫離子失去電子生成過二硫酸根離子，電極反應為：2HSO4-—2e-=S2O82-+2H+；溶液為酸性，反應生成過多的氫離子，陰極反應為：2H++2e-=H2，所以為質子交換膜。當有0.2mol電子轉移時，陽極區向陰極區轉移0.2mol氫離子，陰極區有0.2mol氫離子變成氫氣，陰極區質量不變，所以兩邊質量變化差為0.2g。

（4）當O2通入量為8.96L時，即0.4mol氧氣，則消耗0.2mol甲烷，生成0.2mol二氧化碳，與0.3mol氫氧化鈉反應，生成0.1mol碳酸鈉和0.1mol碳酸氫鈉，因為碳酸根離子水解程度比碳酸氫根大，所以溶液中碳酸氫根離子濃度大于碳酸根離子濃度，溶液顯堿性，故離子濃度順序為：c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+)。