Question

汽車尾氣中CO、NO_x以及燃煤廢棄中的SO₂都是大氣污染物，對它們的治理具有重要意義．
Ⅰ．CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1．
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=一1160kJ?mol^-1
（1）甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學方程式為

 

；
Ⅱ．吸收SO₂和NO，獲得Na₂S₂O₄和NH₄NO₃產品的流程圖如下（Ce為鈰元素）：

（2）裝置Ⅱ中，酸性條件下，NO被Ce ⁴⁺氧化的產物主要是NO₃^-、NO₂^-，寫出只生成NO₃^-的離子方程式

 

；
（3）裝置Ⅲ的作用之一是再生Ce⁴⁺，其原理如下圖所示．
①生成的Ce⁴⁺從電解槽的

 

（填字母序號）口流出；
②生成S₂O₄^2-的電極反應式為

 

；
（4）已知進入裝置Ⅳ的溶液中，NO₂^-的濃度為a g?L^-1，要使1m³該溶液中的NO₂^-完全轉化為NH₄NO₃，至少需向裝置Ⅳ中通入標準狀況下的O₂

 

L．（用含a代數(shù)式表示，計算結果保留整數(shù)）

Answer 1

考點：用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,電解原理

專題：化學反應中的能量變化,電化學專題

分析：（1）已知①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1，②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1 160kJ?mol^-1，根據(jù)蓋斯定律△H=

△H1+△H2

2

，消去NO進行計算；
（2）NO被氧化為硝酸根，Ce⁴⁺被還原為Ce³⁺，酸性環(huán)境，缺氧補水，缺氫補氫離子完成方程式；
（3）①生成Ce⁴⁺為氧化反應，發(fā)生在陽極上，連接電源正極，因此從a口流出；
②反應物是HSO₃^-被還原成S₂O₄^2-，得到電子；
（4）NO₂^-的濃度為a g?L^-1，要使1m³該溶液中的NO₂^-完全轉化為NH₄NO₃，則失去電子數(shù)目是：1000×（5-3）a/46，設消耗標況下氧氣的體積是V，則失電子數(shù)目是：V÷22.4×2×（2-0），根據(jù)電子守恒進行計算．

解答： 解：（1）已知①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1，②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1 160kJ?mol^-1，根據(jù)蓋斯定律△H=

△H1+△H2

2

，消去NO，故甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學方程式為CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1，故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1；
（2）NO被氧化為硝酸根，Ce⁴⁺被還原為Ce³⁺，酸性環(huán)境，缺氧補水，缺氫補氫離子，所以離子方程式為：NO+2H₂O+3Ce⁴⁺=3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺，
故答案為：NO+2H₂O+3Ce⁴⁺=3Ce³⁺+NO₃^-+4H⁺；
（3）①生成Ce⁴⁺為氧化反應，發(fā)生在陽極上，連接電源正極，因此從a口流出，故答案為：a；
②反應物是HSO₃^-被還原成S₂O₄^2-，得到電子，電極反應式為：2HSO₃^-+2H⁺+2e-=S₂O₄^2-+2H₂O，故答案為：2HSO₃^-+2H⁺+2e-=S₂O₄^2-+2H₂O；
（4）NO₂^-的濃度為a g?L^-1，要使1m³該溶液中的NO₂^-完全轉化為NH₄NO₃，則失去電子數(shù)目是：1000×（5-3）a/46，設消耗標況下氧氣的體積是V，則失電子數(shù)目是：

V

22.4

×2×（2-0），根據(jù)電子守恒：

1000a×(5-3)

46

=

V

22.4

×2×（2-0），解得V=243a，故答案為：243a．

點評：本題綜合考查學生含氮元素、含硫元素物質的性質知識，注意知識的梳理和歸納是關鍵，難度中等．