Question

氮氧化物是造成雾霾天气的主要原因之一，消除氮氧化物有多种方法。

(1)目前，应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术是NH₃催化还原法，化学反应可表示为：2NH₃(g)+NO(g)+NO₂(g)== 2N₂(g)+3H₂O(g)   △H＜0

①该反应中，反应物总能量_______(填“>”、“<”或“=”)生成物总能量。

②当该反应有2mol N₂(g)生成时，转移电子的物质的量为________mol。

③该反应中，还原剂为_______(填化学式)，氧化产物与还原产物的质量比为_______。

(2)也可以利用甲烷催化还原氮氧化物，已知：CH₄(g)+4NO₂(g)=4NO(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)    △H₁=-574kJ/mol ；CH₄(g)+2NO₂(g)=N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)      △H₂=-867kJ/mol

则CH₄(g)将NO(g)还原为N₂(g)的热化学方程式是_______。

(3)锌锰干电池是应用最普遍的电池之一(如图所示)，总反应方程式为：  Zn+2MnO₂+2NH₄Cl＝ZnCl₂+2NH₃↑+Mn₂O₃+H₂O

①锌锰干电池的负极材料是________，

②负极发生的电极反应方程式为：_______

③正极发生的电极反应方程式为：________。

④若反应消耗32.5 g 负极材料，则电池中转移电子的数目为_______。

Answer

> 6 NH3 1：1 CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H =-1160kJ•mol-1 锌 Zn-2e-=Zn2+ 2+2MnO2+2e-=2NH3+Mn2O3+H2O NA或6.021023

【解析】

(1)①△H＜0，反应为放热反应，反应物总能量大于生成物总能量；

②根据化合价升高的数值=化合价降低数值=转移电子数；

③还原剂是失电子，元素的化合价升高的，氨气中氮元素化合价-3价升高为0价，故NH3做还原剂；2NH3被氧化得到1mol氧化产物N2，所以还原产物氮气物质的量为1mol，氧化产物与还原产物的质量比为1：1；

(2)①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)    △H1=-574kJ/mol

②CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)      △H2=-867kJ/mol

由盖斯定律计算②×2-①即可得到目标方程。

(3)从总反应式Zn+2MnO2+2NH4Cl＝ZnCl2+2NH3↑+Mn2O3+H2O看出，锌元素化合价从0升至+2，失电子，为负极材料；负极反应式为Zn-2e-=Zn2+；再用总反应-负极反应式即得正极反应式；32.5g 锌是0.5mol，由理论值和实际值的比例关系，可得转移的电子数。

(1)①△H＜0，反应为放热反应，反应物总能量>生成物总能量；

②根据化合价升高的数值=化合价降低数值=转移电子数，化合价升高情况：2NH3～6e-～N2，所以当有2mol N2生成，该反应的电子转移的量是6mol；

③反应中氨气中氮元素化合价-3价升高为0价，失电子做还原剂被氧化得到氧化产物N2，2NH3被氧化得到1mol氧化产物N2，所以还原产物氮气物质的量为1mol，氧化产物与还原产物的质量比为1：1；

(2)①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)    △H1=-574kJ/mol

②CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)      △H2=-867kJ/mol

由盖斯定律计算②×2-①得到：

CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)  △H=-1160kJ/mol；

(3)①负极发生氧化反应，锌失电子，则锌锰干电池的负极材料是锌；

②负极电极反应式为：Zn-2e-=Zn2+；

③正极反应式=总反应式-负极反应式，即2+2MnO2+2e-=2NH3+Mn2O3+H2O；

④32.5g 锌是0.5mol，而1mol的锌失去2mol的电子，所以转移电子的物质的量为1mol，数目为NA 或6.02×1023。