Question

環(huán)境保護是目前人類面臨的一項重大課題．為應對燃料使用造成的環(huán)境污染，科學家構想了利用太陽能促進燃料的循環(huán)使用，其構想可用如圖表示：
其中主要的反應為：
①2CO₂

光能  .

2CO+O₂
②2H₂O

光能  .

2H₂+O₂
③2N₂+6H₂O

光能  .

4NH₃+3O₂
④2CO₂+4H₂O

光能

2CH₃OH+3O₂
⑤

CO₂

+H₂O

光能

CH₄+

2O₂

．
請你填空：
（1）請你將反應⑤補充完整：

CO₂

+H₂O

光能

CH₄+

2O₂

（2）過程Ⅱ中的△H

＜

0（填“＜”、“＞”或“=”）．
（3）下列對過程Ⅰ和Ⅱ的描述中正確的是

bd

．
a．太陽能最終轉化為化學能貯存于化學物質中
b．太陽能最終主要轉化為熱能
c．經(jīng)過上述一個循環(huán)后放出O₂
d．經(jīng)過上述一個循環(huán)后不會產(chǎn)生新物質
（4）要實現(xiàn)上述循環(huán)，當前需要解決的關鍵問題是過程

Ⅰ

（填“Ⅰ”或“Ⅱ”），此過程的設計可參考自然界中

光合

作用．
（5）用CH₄催化還原NOx可以消除氮氧化物的污染．例如：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1
若用標準狀況下4.48L CH₄還原NO₂至N₂，整個過程中轉移電子的物質的量為

1.6mol

，試寫出上述NO₂轉化為N₂的熱化學方程式：

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

．

Answer 1

分析：（1）分析圖示，其主要的反應均生成的是可燃物和氧氣，結合質量守恒，可將反應⑤補充完整；
（2）燃燒為放熱反應；
（3）綜合兩過程，其將化學能轉化為熱能使用，一個循環(huán)后沒有新物質生成；
（4）過程Ⅰ是能量增加的過程，此過程的設計可參考自然界中光合作用；
（5）根據(jù)蓋斯定律來計算反應的焓變，根據(jù)化合價的升降來判斷電子轉移情況，計算反應熱的多少．

解答：解：（1）二氧化碳與水反應生成甲烷和氧氣，故答案為：CO₂；2O₂；
（2）過程Ⅱ是燃燒反應，均放熱，故△H＜0，故答案為：＜；
（3）a．綜合兩過程，其將化學能轉化為熱能使用，故a錯誤；
b．綜合兩過程，其將化學能轉化為熱能使用，故b正確；
C．一個循環(huán)后沒有新物質生成，故C錯誤；
d．一個循環(huán)后沒有新物質生成，故d正確．
故選bd；
（4）當前需要解決的關鍵是過程Ⅰ，此過程的設計可參考自然界中光合作用，故答案為：Ⅰ；光合；
（5）已知①CH₄（g）+4N0₂（g）=4NO（g）+C0₂（g）+2H₂0（g）△H=-574kJ?mol^-1，
②CH₄（g）+4N0（g）=2N₂（g）+C0₂（g）+2H₂0（g）△H=-1160kJ?mol^-1，
則反應CH₄（g）+2N0₂（g）=N₂（g）+C0₂（g）+2H₂0（g）等于

1

2

（①+②），
根據(jù)蓋斯定律，所以反應CH₄（g）+2N0₂（g）=N₂（g）+C0₂（g）+2H₂0（g）△H=

1

2

[（-574kJ?mol^-1）+（-1160kJ?mol^-1）]=-867KJ/mol，反應CH₄（g）+2N0₂（g）=N₂（g）+C0₂（g）+2H₂0（g）中，1mol甲烷參加反應轉移電子數(shù)為8mol，所以標準狀況下4.48L極0.2molCH₄還原NO₂至N₂整個過程中轉移的電子為1.6mol，
故答案為：1.6 mol；CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1．

點評：本題以信息形式主要考查了太陽能的利用，綜合性較大，旨在考查學生對知識的遷移運用，依據(jù)已有的知識進行．