Question

3．一氧化碳和二氧化硫是用途廣泛的化工基礎(chǔ)原料．
（1）已知：C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₁=-393.5kJ•mol ^-1
C（s）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJ•mol ^-1
S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H₃=-296.0kJ•mol ^-1
已知某反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{[C{O}_{2}]^{2}}{[S{O}_{2}]•[CO]^{2}}$，據(jù)以上信息，請(qǐng)寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)反應(yīng)方程式：SO₂（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+S（s）△H=-270kJ•mol^-1．
（2）工業(yè)上用一氧化碳制取氫氣的反應(yīng)為：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），已知420℃時(shí)，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為9.0．如果反應(yīng)開始時(shí)，在2L的密閉容器中充入CO和H₂O的物質(zhì)的量都是0.60mol，5min末達(dá)到平衡，則此時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為75%，H₂的化學(xué)反應(yīng)速率為0.045mol•L^-1•min^-1．
（3）工業(yè)利用反應(yīng)2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）制硫酸，一定條件下，將1molSO₂與2molO₂置于恒容密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，下列能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是ad
a．體系壓強(qiáng)保持不變
b．混合氣體密度保持不變
c．SO₂和O₂的物質(zhì)的量之比保持不變
d．每消耗1mol SO₃的同時(shí)，生成0.5mol O₂
（4）圖中A裝置為熔融鹽燃料電池的工作原理示意圖．某課外活動(dòng)小組用圖所示裝置通過電解生成Fe（OH）₃進(jìn)行水的凈化．

①已知該燃料電池負(fù)極的電極反應(yīng)是CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O．
則正極的電極反應(yīng)式是O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-．
電解池B陽極的電極反應(yīng)式為Fe-2e^-=Fe²⁺．
②實(shí)驗(yàn)過程中，若在陰極產(chǎn)生了22.4L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）氣體，則熔融鹽燃料電池消耗CH₄5.6L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）．

Answer 1

分析 （1）已知某反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{[C{O}_{2}]^{2}}{[S{O}_{2}]•[CO]^{2}}$，則該反應(yīng)的方程式為SO₂（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+S（s），根據(jù)蓋斯定律結(jié)合已知方程式計(jì)算反應(yīng)熱；
（2）根據(jù)所給反應(yīng)的平衡常數(shù)，利用三段式法計(jì)算濃度變化值結(jié)合公式計(jì)算；
（3）學(xué)反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，且不等于0，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不發(fā)生變化，以此進(jìn)行判斷；
（4）①甲烷燃料電池中正極上氧氣得電子；電解池中陽極上Fe失電子生成亞鐵離子；
②該裝置中一個(gè)閉合回路，各個(gè)電極流過的電量相等，根據(jù)電子守恒可計(jì)算甲烷的體積．

解答 解：（1）已知某反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{[C{O}_{2}]^{2}}{[S{O}_{2}]•[CO]^{2}}$，則該反應(yīng)的方程式為SO₂（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+S（s），
①C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₁=-393.5kJ•mol ^-1
②C（s）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJ•mol ^-1
③S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H₃=-296.0kJ•mol ^-1，
由蓋斯定律①-②-③可得SO₂（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+S（s）△H=-270kJ•mol^-1；
故答案為：SO₂（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+S（s）△H=-270kJ•mol^-1；
（2）設(shè)參加反應(yīng)的CO的濃度為x
                              CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始濃度（mol/L）0.30          0.30              0              0
轉(zhuǎn)化濃度（mol/L） x              x                  x              x
轉(zhuǎn)化濃度（mol/L）0.30-x    0.30-x               x               x
K=9.0=$\frac{[C{O}_{2}]•[{H}_{2}]}{[CO]•[{H}_{2}O]}$=$\frac{{x}^{2}}{（0.30-x）^{2}}$，x=0.225，所以CO的轉(zhuǎn)化率α（CO）=$\frac{0.225}{0.30}$×100%=75%，氫氣反應(yīng)速率v（H₂）=$\frac{0.225mol/L}{5min}$=0.045mol/（L•min），
故答案為：75%；0.045mol/（L•min）；
（3）a．反應(yīng)前后氣體的體積不等，故容器總壓強(qiáng)隨時(shí)間改變，當(dāng)壓強(qiáng)不再隨著時(shí)間變化時(shí)，即時(shí)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，故a正確；
b．總質(zhì)量不變，體積不變，故混合氣體的密度始終不變，所以不能作為判斷是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)，故b錯(cuò)誤；
c．SO₂和O₂的物質(zhì)的量之比，與起始的物質(zhì)的量以及轉(zhuǎn)化率有關(guān)，若起始的物質(zhì)的量之比為2：1，則SO₂和O₂的物質(zhì)的量之比始終不變，所以不能作為判斷是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)，故c錯(cuò)誤；
d．每消耗1mol SO₃為逆速率，同時(shí)，生成0.5mol O₂為正速率，不同物質(zhì)表示的正逆速率之比等于計(jì)量數(shù)之比即時(shí)平衡狀態(tài)，故d正確；
故答案為：ad；
（4）①甲烷燃料電池中正極上氧氣得電子，正極的電極反應(yīng)為O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-；電解池中陽極上Fe失電子生成亞鐵離子，則陽極上的電極反應(yīng)為：Fe-2e^-=Fe²⁺；
故答案為：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-；Fe-2e^-=Fe²⁺；
，故答案為：CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂↑+2H₂O；
②該裝置中一個(gè)閉合回路，各個(gè)電極流過的電量相等，則有關(guān)系式CH₄～8e^-～4H₂，所以當(dāng)陰極產(chǎn)生了22.4L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）氫氣時(shí)，熔融鹽燃料電池消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下CH₄的體積為22.4L×$\frac{1}{4}$=5.6L，
故答案為：5.6．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查反應(yīng)速率的計(jì)算、轉(zhuǎn)化率的計(jì)算、影響化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的因素、蓋斯定律、原電池、電解池等知識(shí)，難度中等，答題時(shí)注意化學(xué)原理的基礎(chǔ)知識(shí)的靈活運(yùn)用．