Question

(14分)汽车尾气中CO、NO_x 以及燃煤废弃中的SO₂都是大气污染物，对它们的治理具有重要意义。

Ⅰ．CH₄(g)+4NO₂(g) = 4NO(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)     △H₁= —574 kJ·mol^{- 1} ．

    CH₄(g) + 4NO(g) = 2N₂(g)+ CO₂(g)+2H₂O(g)      △H₂= 一1160 kJ·mol^{- 1}

(1)甲烷直接将NO₂还原为N₂的热化学方程式为                                           ；

Ⅱ．吸收SO₂和NO，获得Na₂S₂O₄和NH₄NO₃产品的流程图如下(Ce为铈元素)：

(2)装置Ⅱ中，酸性条件下，NO被Ce ⁴⁺ 氧化的产物主要是NO₃^- 、NO₂^- ，写出只生成NO₃^- 的离子方程式                                             ；

(3)装置Ⅲ的作用之一是再生Ce⁴⁺，其原理如下图所示。

①生成的Ce⁴⁺ 从电解槽的         (填字母序号)口流出；

②生成S₂O₄^{2 -} 的电极反应式为                  ；

(4)已知进入装置Ⅳ的溶液中，NO₂^- 的浓度为a g·L^{- 1} ，要使1m³该溶液中的NO₂^- 完全转化为NH₄NO₃，至少需向装置Ⅳ中通入标准状况下的O₂         L。(用含a代数式表示，计算结果保留整数)

Answer

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

（2）NO+2H2O+3Ce4+=3Ce3++NO3-+4H+

（3）①a

②2H++2HSO3-+2e-=S2O42-+2H2O

（4）243a（或5600a/23）

【解析】

试题分析：（1）根据盖斯定律，将两个已知热化学方程式相加得2CH4(g)+4NO2(g)=4H2O(g)+2 CO2(g)+2N2(g) △H=（—574 kJ·mol- 1）+（一1160 kJ·mol- 1）=-1734kJ/mol，所以甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为CH4(g)+2NO2(g)=2H2O(g)+ CO2(g)+N2(g) △H=-867kJ/mol

（2）由图可知，NO被Ce 4+ 氧化为NO3- ，则Ce4+被还原为Ce3+，所以只生成NO3- 的离子方程式为NO+2H2O+3Ce4+=3Ce3++NO3-+4H+

（3）①装置Ⅲ的作用之一是再生Ce4+，在电解池中，阳极上是Ce3+失电子成为Ce4+的过程，所以生成Ce4+从电解槽的阳极上a极流出，

②电解池的阴极发生得电子的还原反应，亚硫酸氢根离子得电子生成S2O42-，电极反应式为2H++2HSO3-+2e-=S2O42-+2H2O

（4）NO2-的浓度为a g•L-1，要使1m3该溶液中的NO2-完全转化为NH4NO3，则失去电子的物质的量是(1000×ag)/46g/mol×(5-3)，设需要标准状况下的O2VL，则氧气得电子的物质的量是VL/22.4L/mol×2×(2-0)，根据氧化还原反应中得失电子守恒定律，有(1000×ag)/46g/mol×(5-3)= VL/22.4L/mol×2×(2-0)，解得V=243aL。

考点：考查盖斯定律的应用，离子方程式的书写，电化学反应原理的应用，氧化还原反应的计算