Question

6．著名主持人柴靜自費(fèi)拍攝的《穹頂之下》講述了霧霾對人類的影響．我國已有100多座大中城市不同程度地出現(xiàn)了霧霾天氣，覆蓋了我國將近一半的國土．隨著大氣污染的日趨嚴(yán)重．國家擬定于“十二五”期間，將二氧化硫（SO₂）排放量減少8%，氮氧化物（NO₂）排放量也要大幅減少．

Ⅰ．工業(yè)上采用碘循環(huán)工藝吸收SO₂，具體流程如下：
（1）用離子方程式表示反應(yīng)器中發(fā)生的反應(yīng)SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺．
（2）用化學(xué)平衡移動的原理分析，在HI分解反應(yīng)中使用膜反應(yīng)器分離出H₂的目的是HI分解為可逆反應(yīng)，及時(shí)分離出產(chǎn)物H₂，有利于反應(yīng)正向進(jìn)行．
Ⅱ．處理NO₂的一種方法是利用甲烷催化還原NO₂．
   CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ•mol^-1
   CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂
   CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=-867kJ•mol^-1
則△H₂=-1160kJ•mol^-1．
Ⅲ．為減少二氧化碳的排放．對二氧化碳進(jìn)行如下處理．
   （1）一定溫度下，在2L容積固定的密閉容器中，通入2molCO₂和3molH₂，發(fā)生的反應(yīng)為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃COH（g）+H₂O（g）△H=-akJ•mol^-1（a＞0），測得CO₂（g）和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖1所示．
   ①能說明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是AB．
    A．CO₂的體積分?jǐn)?shù)在混合氣體中保持不變
    B．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不隨時(shí)間的變化而變化
    C．單位時(shí)間內(nèi)每消耗1.2molH₂，同時(shí)生成0.4molH₂O
    D．反應(yīng)中H₂O與CH₃OH的物質(zhì)的量濃度之比為1：1，且保持不變
  ②計(jì)算溫度下此反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.20．
（2）某甲醇燃料電池原理如圖1所示．
   ①pb（a）電極的電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺．
   ②用上述甲醇燃料電池做電源．用圖3裝置電解跑題硫酸銅溶液若在圖2中Pt電極上生成64g銅，則圖2中Pt（b）電極上需要消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下空氣（O₂的體積分?jǐn)?shù)20%）的體積為56L．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）反應(yīng)器中二氧化硫、碘發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸和HI；
（2）HI分解反應(yīng)為可逆反應(yīng)；
Ⅱ．依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律③×2-①計(jì)算目標(biāo)熱化學(xué)方程式得到焓變；
Ⅲ．（1）①化學(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；
②根據(jù)圖象數(shù)據(jù)結(jié)合平衡常數(shù)K的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算；
（2）①首先根據(jù)pb（a）電極上為甲醇失電子在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳，據(jù)此書寫電極反應(yīng)式； 
②整個(gè)電路中轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目相等，可以根據(jù)電子轉(zhuǎn)移的數(shù)目相同來列出已知物質(zhì)和未知物質(zhì)之間關(guān)系式，然后通過關(guān)系來求解．

解答 解：Ⅰ．（1）反應(yīng)器中二氧化硫、碘發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸和HI，離子反應(yīng)為SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺，故答案為：SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺；
（2）HI分解反應(yīng)為可逆反應(yīng)，則使用膜反應(yīng)器分離出H₂的目的是及時(shí)分離出產(chǎn)物H₂，有利于反應(yīng)正向進(jìn)行，故答案為：HI分解為可逆反應(yīng)，及時(shí)分離出產(chǎn)物H₂，有利于反應(yīng)正向進(jìn)行；
Ⅱ．①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂
③CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=-867kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計(jì)算，③×2-①得到CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ•mol^-1；
故答案為：-1160kJ•mol^-1；
Ⅲ．（1）①A．CO₂的體積分?jǐn)?shù)在混合氣體中保持不變，則能說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故A正確；
B．平均相對分子質(zhì)量=$\frac{總質(zhì)量}{總物質(zhì)的量}$，總質(zhì)量一定，總物質(zhì)的量在變，故平均相對分子質(zhì)量在變，故平均相對分子質(zhì)量不再發(fā)生改變能說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．單位時(shí)間內(nèi)每消耗1.2mol H₂，同時(shí)生成0.4molH₂O，不能體現(xiàn)正逆反應(yīng)，故不能說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；
D．H₂O與CH₃OH都是產(chǎn)物，并且按照1：1的比例生成，所以H₂O與CH₃OH的物質(zhì)的量濃度之比一直為1：1，不能說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故D錯(cuò)誤；
故選AB；
②由圖象數(shù)據(jù)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）得
   開始濃度：1       1.5        0        0
  轉(zhuǎn)化濃度：0.25     0.75       0.25    0.25 
  平衡濃度：0.75     0.75       0.25    0.25 
所以K=$\frac{0.25×0.25}{0.75×0.75{\;}^{3}}$=0.20，故答案為：0.20；
（2）①根據(jù)pb（a）電極上為甲醇失電子在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳，則電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，故答案為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
②電解硫酸銅溶液時(shí)，銅電極上銅失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，當(dāng)銅片的質(zhì)量變化64g，失去電子的物質(zhì)的量=$\frac{64g}{64g/mol}$×2=2mol，
1mol氧氣生成-2價(jià)氧元素得到4mol電子，則需要空氣的體積=$\frac{\frac{2mol}{4}×22.4L/mol}{20%}$=56L，
故答案為：56．

點(diǎn)評 本題考查氧化還原反應(yīng)、電化學(xué)以及化學(xué)平衡的有關(guān)知識，為高考常見題型和高頻考點(diǎn)，注意把握原電池的工作原理，本題解答的關(guān)鍵是根據(jù)電子轉(zhuǎn)移的數(shù)目相同計(jì)算，注意體會答題思路，題目難度中等．