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) ΔH₁

CH₄(g)＋4NO₂(g)===4NO(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g) ΔH₂

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16 g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1042.8 kJ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ΔH₁＝－1160 kJ/mol，则ΔH₂＝____________。

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气为燃料的传统燃料电池，目前得到广泛地研究，如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若用该燃料电池作电源，用石墨作电极电解100 mL 1 mol/L的硫酸铜溶液，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______________(标准状况下)，实际上消耗的甲烷体积(折算到标准状况)比理论上大，可能原因为________________。

Answer

（16分）

（1）①3：1；②－574 kJ/mol；③4NO(g)===2NO2(g)＋N2(g)ΔH＝－293 kJ/mol；

（2）④ 负；CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O；

⑤1.12 L；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%，其他合理答案也可)

【解析】

试题分析：（1）①由“对H2的相对密度为17”可知，平均相对分子质量为34，设混合气体中NO和NO2的物质的量分别为X 、Y。则=34.解得Ｘ:Y=3:1，故答案为：3：1；

②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代入该等式中，解得△H2=—574 kJ/mol，故答案为：－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，故答案为：4NO(g)===2NO2(g)＋N2(g)ΔH＝－293 kJ/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；故答案为：负；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%，故答案为：1.12 L；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：考查了热化学和电化学的相关知识。