Question

【題目】(1)用CH4催化還原NOx可以消除氮氧化物的污染。例如：

CH4(g)＋4NO2(g)=4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－574 kJ·mol－1

CH4(g)＋4NO(g)=2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－1160 kJ·mol－1

若用標準狀況下4.48 L CH4還原NO2至N2，整個過程中放出的熱量為______kJ。

(2)肼(N2H4)－空氣燃料電池(產物為N2和H2O)是一種堿性燃料電池，電解質溶液是20%～30%的KOH溶液。肼－空氣燃料電池放電時：正極的電極反應式：_______，負極的電極反應式：_______。

(3)如圖是一個電解過程示意圖。

①鋅片上發生的電極反應式是：____________

②假設使用肼－空氣燃料電池作為該過程中的電源，銅片質量變化為128 g，則肼－空氣燃料電池理論上消耗標準狀況下的空氣______L.(假設空氣中氧氣體積分數為20%；Cu相對原子質量：64)。

Answer 1

【答案】173.4 O2＋4e－＋2H2O=4OH－ N2H4＋4OH－－4e－=4H2O＋N2↑ Cu2＋＋2e－=Cu 112

【解析】

（1）依據蓋斯定律得CH4還原NO2至N2的熱化學方程式，再依據甲烷的體積和熱化學方程式計算可得；

（2）肼一空氣燃料電池中，堿性條件下，燃料肼在負極放電，氧氣在正極放電；

（3）①鋅與電源的負極相連，作陰極；

②依據得失電子數目守恒計算可得。

（1）將已知熱化學方程式依次編號為①②，由蓋斯定律可知①×+②×可得CH4（g）+2NO2（g）═N2（g）+CO2（g）+2H2O（g），則△H=（－574 kJ·mol－1）×+（－1160 kJ·mol－1）×=－867kJ·mol－1，標準狀況下4.48LCH4的物質的量為=0.2mol，由所得熱化學方程式可知放出的熱量為0.2mol×867kJ·mol－1=173.4kJ，故答案為：173.4；

（2）肼一空氣燃料電池中，堿性條件下，燃料肼在燃料電池負極上失電子發生氧化反應，電極反應式為N2H4＋4OH－－4e－=4H2O＋N2↑，氧氣在燃料電池正極上得電子發生還原反應，電極反應式為O2＋4e－＋2H2O=4OH－，故答案為：O2＋4e－＋2H2O=4OH－；N2H4＋4OH－－4e－=4H2O＋N2↑；

（3）①鋅與電源的負極相連，作陰極，溶液中的銅離子放電，電極反應式為Cu2＋＋2e－＝Cu，故答案為：Cu2＋＋2e－＝Cu；

②銅片質量變化為128g，即電解128g銅時失去電子的物質的量是×2＝4mol，由電子得失守恒可知燃料電池消耗氧氣的物質的量是1mol，標準狀況下的體積是22.4L，則需要空氣的體積是＝112L，故答案為：112。