Question

【題目】氮氧化物是造成霧霾天氣的主要原因之一，消除氮氧化物有多種方法。

(1)目前，應用最廣泛的煙氣氮氧化物脫除技術是NH3催化還原法，化學反應可表示為：2NH3(g)+NO(g)+NO2(g)== 2N2(g)+3H2O(g)△H＜0

①該反應中，反應物總能量_______(填“>”、“<”或“=”)生成物總能量。

②當該反應有2mol N2(g)生成時，轉移電子的物質的量為________mol。

③該反應中，還原劑為_______(填化學式)，氧化產物與還原產物的質量比為_______。

(2)也可以利用甲烷催化還原氮氧化物，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

則CH4(g)將NO(g)還原為N2(g)的熱化學方程式是_______。

(3)鋅錳干電池是應用最普遍的電池之一(如圖所示)，總反應方程式為： Zn+2MnO2+2NH4Cl＝ZnCl2+2NH3↑+Mn2O3+H2O

①鋅錳干電池的負極材料是________，

②負極發生的電極反應方程式為：_______

③正極發生的電極反應方程式為：________。

④若反應消耗32.5 g負極材料，則電池中轉移電子的數目為_______。

Answer 1

【答案】> 6 NH3 1：1 CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H =-1160kJmol-1 鋅 Zn-2e-=Zn2+ 2+2MnO2+2e-=2NH3+Mn2O3+H2O NA或6.021023

【解析】

(1)①△H＜0，反應為放熱反應，反應物總能量大于生成物總能量；

②根據化合價升高的數值=化合價降低數值=轉移電子數；

③還原劑是失電子，元素的化合價升高的，氨氣中氮元素化合價-3價升高為0價，故NH3做還原劑；2NH3被氧化得到1mol氧化產物N2，所以還原產物氮氣物質的量為1mol，氧化產物與還原產物的質量比為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

由蓋斯定律計算②×2-①即可得到目標方程。

(3)從總反應式Zn+2MnO2+2NH4Cl＝ZnCl2+2NH3↑+Mn2O3+H2O看出，鋅元素化合價從0升至+2，失電子，為負極材料；負極反應式為Zn-2e-=Zn2+；再用總反應-負極反應式即得正極反應式；32.5g鋅是0.5mol，由理論值和實際值的比例關系，可得轉移的電子數。

(1)①△H＜0，反應為放熱反應，反應物總能量>生成物總能量；

②根據化合價升高的數值=化合價降低數值=轉移電子數，化合價升高情況：2NH3～6e-～N2，所以當有2mol N2生成，該反應的電子轉移的量是6mol；

③反應中氨氣中氮元素化合價-3價升高為0價，失電子做還原劑被氧化得到氧化產物N2，2NH3被氧化得到1mol氧化產物N2，所以還原產物氮氣物質的量為1mol，氧化產物與還原產物的質量比為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

由蓋斯定律計算②×2-①得到：

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

(3)①負極發生氧化反應，鋅失電子，則鋅錳干電池的負極材料是鋅；

②負極電極反應式為：Zn-2e-=Zn2+；

③正極反應式=總反應式-負極反應式，即2+2MnO2+2e-=2NH3+Mn2O3+H2O；

④32.5g鋅是0.5mol，而1mol的鋅失去2mol的電子，所以轉移電子的物質的量為1mol，數目為NA或6.02×1023。