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：

①CH₄(g) + 4NO(g) = 2N₂(g) + CO₂(g) + 2H₂O(g)； △H₁

②CH₄(g) + 4NO₂(g) = 4NO(g) + CO₂(g) + 2H₂O(g)；△H₂

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，用16g甲烷气体催化还原该混合气体，恰好生成氮气、二氧化碳气体和水蒸气，共放出1042.8kJ热量。

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

②已知上述热化学方程式中△H₁=—1160kJ/mol，则△H₂=          

③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，下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：

④B极为电池      极，电极反应式为                                            

⑤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）①3:1    ②—574 kJ/mol  ③4NO(g)=2NO2(g)+N2(g)；△H=-293KJ/mol（2）④ 负CH4 + 4O2— —8e—= CO2+ 2H2O；   ⑤4OH— —4e—= O2↑+ 2H2O  1.12L  

  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% 

【解析】

试题分析：①设混合气体中NO和NO2的物质的量分别为X 、Y则(28X+46Y) ÷(X+Y)=2×17.解得Ｘ:Y=3:1.发生（①+②）÷2得③式：CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+H2O(g) △H3=(△H1+△H2) ÷2. 假设发生①的甲烷的物质的量为m; 发生③的甲烷的物质的量为n. 则m+n=1;4m÷2n=3联立求解。解得m=0.6.n=0.4.0.4×{(△H1+△H2) ÷2} +0.6×△H1=-1042.8KJ/mol.将△H1=-1160KJ/mol代人该等式中，解得△H2=—574 kJ/mol. ③△H3=(△H1+△H2) ÷2=-(1160 +574) kJ/mol÷2=-867KJ/mol. ①-③得④式：4NO(g) =2NO2(g)+N2(g) △H4=△H1- △H3=△H1-(△H1+△H2) ÷2=(△H1-△H2) ÷2=-293KJ/mol. 即NO气体可以分解为NO2气体和N2气的热化学方程式为：4NO(g)=2NO2(g)+N2(g)；△H=-293KJ/mol。（2）④通入燃料甲烷的电极是负极，通入氧气的电极是正极。负极发生的电极式为CH4 + 4O2——8e—= CO2+ 2H2O ⑤电解硫酸铜溶液时阳极的电极反应式4OH— —4e—= O2↑+ 2H2O，阴极的反应式是： Cu2++2e-=Cu；2H++e-=H2↑。N(Cu)=0.1mol.若两极收集到的气体体积相等，设其物质的量为X。则4X=0.1×2+2X。解得X=0.1.在整个反应过程转移电子相等。电子的物质的量为0.4mol.由于没摩尔甲烷失去电子8摩尔，所以需要甲烷的物质的量为0.05摩尔。V（CH4）=0.05摩尔×22.4升/摩尔=1.12 升 。实际上消耗的甲烷体积比理论上大，可能原因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%。

考点：考查甲烷在环境污染的治理和能源利用方面的应用的知识。