Question

隨著大氣污染的日趨嚴重，國家擬于“十二五”期間，將二氧化硫(SO₂)排放量減少8%，氮氧化物(NO_x)排放量減少10%。目前，消除大氣污染有多種方法。
Ⅰ．處理NO_x的一種方法是利用甲烷催化還原NO_x。
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
CH₄(g)+2NO₂ (g)＝N₂(g) + CO₂(g)+2H₂O(g)     △H₃＝－867kJ·mol^－1
則△H₂＝                 。
Ⅱ．化石燃料的燃燒、含硫金屬礦石的冶煉和硫酸的生產過程中產生的SO₂是大氣中SO₂的主要來源。（1）將煤轉化為水煤氣是將煤轉化為潔凈燃料的方法之一，反應為   C(s) + H₂O(g)＝ CO(g) + H₂(g)，
該反應的化學平衡常數表達式為K＝                    。 800℃時，將1molCO、3mol H₂O、1mol H₂充入容積為1L的容器中，發生反應：CO(g) + H₂O(g)  CO₂(g) + H₂(g)，反應過程中各物質的濃度如右圖t₁前所示變化。若保持溫度不變，t₂時再向容器中充入CO、H₂各1mol，平衡將     移動（填“向左”、 “向右”或“不”）。t₂時，若改變反應條件，導致H₂濃度發生如右圖t₂后所示的變化，則改變的條件可能是       （填符號）。
a加入催化劑      b降低溫度     c縮小容器體積      d減少CO₂的量

（2）碘循環工藝不僅能吸收SO₂降低環境污染，同時又能制得氫氣，具體流程如下：

①用離子方程式表示反應器中發生的反應                        。
②用化學平衡移動的原理分析，在 HI分解反應中使用膜反應器分離出H₂的目的是               。
Ⅲ．開發新能源是解決大氣污染的有效途徑之一。甲醇燃料電池(簡稱DMFC)由于結構簡單、能量轉化率高、對環境無污染,可作為常規能源的替代品而越來越受到關注。DMFC工作原理如圖所示：

通入a氣體的電極是原電池的     （填“正”或“負”），
其電極反應式為                  。

Answer 1

I．－1160kJ·mol^－1（2分） 
II．（1）K＝（2分） 右 （2分）  b   （2分）
（2）①SO₂+2H₂O＝H₂SO₄+H₂   (2分) ②降低生成物的濃度，使平衡向正方向移動（2分）
Ⅲ．負（1分）      CH₃OH﹣6e^－+H₂O→CO₂+6H⁺（2分）

試題分析：Ⅰ．根據已知反應①CH₄(g)+4NO₂(g)＝4NO(g)+CO₂(g)+2H₂O(g) △H₁＝－574kJ·mol­^－1、
②CH₄(g)+2NO₂ (g)＝N₂(g) + CO₂(g)+2H₂O(g)  △H₃＝－867kJ·mol^－1可知，依據蓋斯定律計算②×2－①即得到反應CH₄(g)+4NO(g)＝2N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)，所以該反應的反應熱△H₂＝－867kJ·mol^－1×2＋574kJ·mol­^－1＝－1160kJ·mol^－1。
Ⅱ．（1）化學平衡常數是在一定條件下，當可逆反應達到平衡狀態時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值，所以根據反應的方程式C(s) + H₂O(g)＝ CO(g) + H₂(g)可知，該反應的平衡常數K＝。
（2）①t₁時CO、H₂O、CO₂、H₂的濃度（mol/L）分別是0．4、2．4、0．6、1．6，則該反應的平衡常數K＝＝＝1。t₂時再向容器中充入CO、H₂各1mol，此時CO、H₂O、CO₂、H₂的濃度（mol/L）分別是1．4、2．4、0．6、2．6，則＝＝0．46＜1，所以反應向正反應方向移動，即向右移動；根據圖像可知，t₂時生成物濃度逐漸減小，反應物濃度逐漸增大。由于正方應是體積不變的、吸熱的可逆反應，所以改變的條件應該是降低溫度，導致平衡向逆反應方向移動，答案選b。
（2①根據流程圖可知，SO₂首先被單質碘氧化，生成硫酸和碘化氫，碘化氫分解又生成單質碘和氫氣，所以反應器中發生的反應的離子方程式可表示為SO₂+2H₂O＝H₂SO₄+H₂。
②碘化氫分解反應是可逆反應，分離出單質氫氣，降低生成物的濃度，使平衡向正反應方向移動。
Ⅲ．原電池中較活潑的金屬是負極，失去電子，發生氧化反應。電子經導線傳遞到正極，所以溶液中的陽離子向正極移動，正極得到電子，發生還原反應。根據裝置圖可知，電子從左側流向右側，這說明左側是負極，右側是正極。所以通入a氣體的電極是原電池的負極，通入的是甲醇。由于存在質子交換膜，因此負極電極反應式是CH₃OH﹣6e^－+H₂O→CO₂+6H⁺。