Question

甲烷是天然气的主要成分，是生产生活中应用非常广泛的一种化学物质。

（1）一定条件下，用甲烷可以消除氮氧化物（NO_x）的污染。已知：

CH₄(g) + 4NO(g) = 2N₂(g) + CO₂(g) + 2H₂O(g)；△H₁=—1160kJ/mo

CH₄(g) + 4NO₂(g) = 4NO(g) + CO₂(g) + 2H₂O(g)；△H₂=—574 kJ/mol

现有一份在相同条件下对H₂的相对密度为17的NO与NO₂的混合气体

①该混合气体中NO和NO₂的物质的量之比为 _______________    

②在一定条件下NO气体可以分解为NO₂气体和N₂气体，写出该反应的热化学方程式                

（2）以甲烷为燃料的新型电池，其成本大大低于以氢为燃料的传统燃料电池，目前得到广泛的研究，右图是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池工作原理示意图。回答下列问题：

③B极为电池             极，电极反应式为_____________             

④若用该燃料电池做电源，用石墨做电极电解100mL 1mol/L的硫酸铜溶液，写出阳极的电极反应式                    ，当两极收集到的气体体积相等时，理论上消耗的甲烷的体积为          （标况下），实际上消耗的甲烷体积（折算到标况）比理论上大，可能原因为                     .

Answer

（1）①3:1②4NO(g)=2NO2(g)+N2(g)；△H=—293kJ/mol

（2）③负CH4+4O2——8e—=CO2+2H2O；

④4OH——4e—=O2↑+2H2O1.12L甲烷不完全被氧化，生成C或CO或电池能量转化率达不到100%其它合理答案都可以

【解析】

试题分析：(1)由“对H2的相对密度为17”可知，平均相对分子质量为34，设NO为x mol，NO2为y mol，则＝34，xy＝31。即NO为3y mol,16 g CH4为1 mol，转移电子8 mol，由得失电子守恒得4y＋6y＝8，y＝0.8，最后没有NO，则0.2 mol×ΔH2＋0.8 mol×ΔH1＝－1042.8 kJ，ΔH2＝－574 kJ/mol。由(第一个方程式－第二个方程式)÷2得4NO(g)===2NO2(g)＋N2(g) ΔH＝－293 kJ/mol。(2)由电池工作原理示意图可知。B极通入的是甲烷，为负极，总反应为CH4＋2O2===CO2＋2H2O，正极反应为2O2＋8e－===4O2－，总反应减去正极反应即得负极反应：CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O。阳极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋；阴极首先发生Cu2＋＋2e－===Cu，当Cu2＋消耗完毕，H＋放电：2H＋＋2e－===H2↑，设生成氢气和氧气都是x mol，则转移电子4x mol，0.2＋2x＝4x，x＝0.1 mol，转移0.4 mol电子消耗甲烷0.05 mol，体积为1.12 L(标准状况下)，消耗甲烷体积比理论上大，有可能是甲烷不完全被氧化生成C或CO(或电池能量转化率达不到100%等)。

考点：考查热化学和电化学等相关知识。