Question

【題目】CO、SO2是主要的大氣污染氣體，利用化學反應原理是治理污染的重要方法。

I.甲醇是一種新型燃料，甲醇燃料電池即將從實驗室走向工業(yè)化生產(chǎn)。工業(yè)上一般以CO和H2為原料合成甲醇，該反應的熱化學方程式為：CO（g）+2H2（g） CH3OH（g） △H1＝-116kJ·mol-1

（1）下列措施中有利于增大該反應的反應速率的是___；

A．隨時將CH3OH與反應混合物分離 B．降低反應溫度

C．增大體系壓強 D．使用高效催化劑

（2）已知：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g） △H1＝-116kJ·mol-1

CO（g）+O2(g)=CO2（g） △H2＝-283kJ·mol-1

H2（g）+O2(g)=H2O(g) △H3

化學鍵	H—H	O=O	O—H
鍵能/KJmol-1	436	498	463.5

則△H3=___，表示1mol氣態(tài)甲醇完全燃燒生成CO2和水蒸氣時的熱化學方程式為___；

Ⅱ.當溫度高于500 K時，科學家成功利用二氧化碳和氫氣合成了乙醇，2CO2（g）＋6H2（g）C2H5OH（g）＋3H2O（g）。這在節(jié)能減排、降低碳排放方面具有重大意義�；卮鹣铝袉栴}：

（1）其平衡常數(shù)表達式為K=____。

（2）在恒容密閉容器中，判斷上述反應達到平衡狀態(tài)的依據(jù)是___。

a．體系壓強不再改變 b．H2的濃度不再改變

c．氣體的密度不隨時間改變 d．單位時間內(nèi)消耗H2和CO2的物質(zhì)的量之比為3∶1

（3）在一定壓強下，測得由CO2制取CH3CH2OH的實驗數(shù)據(jù)中，起始投料比、溫度與CO2的轉(zhuǎn)化率的關(guān)系如圖。根據(jù)圖中數(shù)據(jù)

①降低溫度，平衡向____方向移動。

②在700K、起始投料比=1.5時，H2的轉(zhuǎn)化率為___。

③在500K、起始投料比＝2時，達到平衡后H2的濃度為amol·L－1，則達到平衡時CH3CH2OH的濃度為___。

Ⅲ.某學習小組以SO2為原料，采用原電池法制取硫酸。該小組設計的原電池原理如圖所示。該電池中右側(cè)為___極，寫出該電池負極的電極反應式___。

Answer 1

【答案】CD -242kJ·mol-1 CH3OH（g）+O2（g）CO2（g）+2H2O（g） △H＝-651kJ·mol-1 ab 正反應(或右) 40% 1.5amol·L-1 正極 SO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+

【解析】

I.(1)根據(jù)平衡移動原理進行判斷，溫度升高，反應速率加快，使用催化劑，反應速率加快；

(2)△H3＝反應物的鍵能和-生成物的鍵能和；已知：①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1＝-116kJ·mol-1，②CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H2＝-283kJ·mol-1，③H2(g)+O2(g)=H2O(g) △H3，根據(jù)蓋斯定律可知：①-②-③×2得：CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)，由此計算△H；

Ⅱ. (1)根據(jù)平衡常數(shù)表達式為生成物濃度的冪次方之積比上反應物濃度的冪次方之積書寫；

(2)結(jié)合平衡狀態(tài)的特征分析即可；

(3)①由圖可知，橫坐標為投料比，縱坐標為CO2的轉(zhuǎn)化率，曲線為等溫線，則相同投料比時溫度低對應的CO2的轉(zhuǎn)化率大；

②700K，起始投料比=1.5時，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為20%，求氫氣的變化量，從而求出轉(zhuǎn)化率；

③在500K、起始投料比=2時，CO2的轉(zhuǎn)化率為60%，則：

此時H2的轉(zhuǎn)化率為=90%，又達到平衡后H2的濃度為amolL-1，則反應消耗的H2的濃度為9amolL-1，再根據(jù)系數(shù)比計算達到平衡時CH3CH2OH的濃度。

Ⅲ. 負極發(fā)生氧化反應，由圖可知，負極上是二氧化硫氧化生成硫酸。

I.(1)A．隨時將CH3OH與反應混合物分離，沒有改變反應速率，故A錯誤；

B．溫度降低，反應速率變小，故B錯誤；

C．壓強增大，反應速率加快，故C正確；

D．使用催化劑，反應速率加快，故D正確；

故答案為CD；

(2)△H3＝反應物的鍵能和-生成物的鍵能和=(436 kJ·mol-1)+(498 kJ·mol-1)×-(463.5 kJ·mol-1)×2=-242kJ·mol-1；已知：①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1＝-116kJ·mol-1，②CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H2＝-283kJ·mol-1，③H2(g)+O2(g)=H2O(g) △H3，根據(jù)蓋斯定律可知：①-②-③×2得：CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)，則△H=(-116kJ·mol-1)-(-283kJ·mol-1)-(-242kJ·mol-1)×2==-651kJmol-1，即1mol氣態(tài)甲醇完全燃燒生成CO2和水蒸氣時的熱化學方程式為CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H=-651kJmol-1；

Ⅱ. (1)已知2CO2(g)＋6H2(g)C2H5OH(g)＋3H2O(g)，則K==；

(2)a．混合氣體的物質(zhì)的量減小，則體系壓強一直在減小，當體系壓強不再改變，能說明到達平衡，故a正確；

b．H2的濃度不再改變，可以H2的物質(zhì)的量不再隨時間變化而變化，此時反應達到平衡，故b正確；

c．容器的體積不變，混合氣體的質(zhì)量始終不發(fā)生變化，混合氣體的密度也始終不變，則當混合氣體密度不變，不能說明到達平衡，故c錯誤；

d．單位時間內(nèi)消耗H2和CO2的物質(zhì)的量之比為3:1，指正反應方向，所以不能說明到達平衡，故d錯誤；

故答案為ab；

(3)①由圖可知，橫坐標為投料比，縱坐標為CO2的轉(zhuǎn)化率，曲線為等溫線，則相同投料比時溫度低對應的CO2的轉(zhuǎn)化率大，即降低溫度平衡正反應方向移動；

②700K，起始投料比=1.5時，CO2的轉(zhuǎn)化率為20%，則：

此時H2的轉(zhuǎn)化率為×100%=40%；

③在500K、起始投料比=2時，CO2的轉(zhuǎn)化率為60%，則：

此時H2的轉(zhuǎn)化率為=90%，又達到平衡后H2的濃度為amolL-1，則反應消耗的H2的濃度為9amolL-1，所以達到平衡時CH3CH2OH的濃度為=molL-1=1.5amolL-1；

Ⅲ. 負極發(fā)生氧化反應，由圖可知，負極上是二氧化硫氧化生成硫酸，即電池右側(cè)為負極，發(fā)生的電極反應式為：SO2-2e-+2H2O═SO42-+4H+。