Question

2．（1）298K時(shí)，在2L固定體積的密閉容器中，發(fā)生可逆反應(yīng)：2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H＜0．N₂O₄的物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間變化如圖1，達(dá)平衡時(shí)，N₂O₄的濃度為NO₂的2倍，回答下列問(wèn)題：

①該反應(yīng)在降低溫度能自發(fā)進(jìn)行（填“較高溫度”或“較低溫度”）．
②下列情況不是處于平衡狀態(tài)的是a．
a．混合氣體的密度保持不變    b．混合氣體的顏色不再變化    c．氣壓恒定時(shí)
③若反應(yīng)在398K進(jìn)行，某時(shí)刻測(cè)得n（NO₂）=0.6mol    n（N₂O₄）=1.2mol，則：此時(shí)v_（正）＜v_（逆）（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）工業(yè)上“除鈣、鎂”的原理反應(yīng)為：MgSO₄+2NaF=MgF₂↓+Na₂SO₄； CaSO₄+2NaF=CaF₂↓+Na₂SO₄．己知Ksp （CaF₂）=1.11×10^-10，Ksp （MgF₂）=7.40×l0^-11，加入過(guò)量NaF溶液反應(yīng)完全后過(guò)濾，則濾液中$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$=1.5．
（3）電解法可消除甲醇對(duì)水質(zhì)造成的污染，原理是：通電將Co²⁺氧化成Co³⁺，然后Co³⁺將甲醇氧化成CO₂和H⁺（用石墨烯吸附除去Co²⁺）．現(xiàn)用圖2裝置模擬上述過(guò)程，則：Co²⁺在陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為：Co²⁺-e^-=Co³⁺，除去甲醇的離子方程式為6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂+6Co²⁺+6H⁺．

Answer 1

分析 （1）①該反應(yīng)是一個(gè)焓變小于0、熵減的反應(yīng)，依據(jù)△G=△H-T△S是否小于0；
②可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不變；
③293K時(shí)平衡時(shí)該反應(yīng)中c（N₂O₄）=0.6mol/L，c（NO₂）=0.3mol/L，化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{0.6}{0．{3}^{2}}$=$\frac{20}{3}$，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，K值減小，計(jì)算可知此時(shí)的濃度商Q=K（298K）＞K（398K），反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
（2）$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$=$\frac{\frac{{K}_{sp}（Ca{F}_{2}）}{{c}^{2}（{F}^{-}）}}{\frac{{K}_{sp}（Mg{F}_{2}）}{{c}^{2}（{F}^{-}）}}$=$\frac{{K}_{sp}（Ca{F}_{2}）}{{K}_{sp}（Mg{F}_{2}）}$；
（3）．Co²⁺在陽(yáng)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；甲醇被Co³⁺氧化生成二氧化碳、氫離子和Co²⁺．

解答 解：（1）①該反應(yīng)是一個(gè)焓變小于0、熵減的反應(yīng)，△G=△H-T△S可以小于0，所以可以在較低溫度下進(jìn)行，故答案為：較低溫度；
②a．反應(yīng)物和生成物全是氣態(tài)物質(zhì)，氣體的質(zhì)量不變，容積為2L保持恒定，由ρ=$\frac{m}{V}$可知?dú)怏w的密度為一定值，因此氣體的密度保持不變不一定處于平衡狀態(tài)，故a選；
b．混合氣體的顏色不變說(shuō)明NO₂的濃度不變，說(shuō)明反應(yīng)處于化學(xué)平衡狀態(tài)，故b不選；
c．反應(yīng)2NO₂（g）?N₂O₄（g）是一個(gè)氣體體積減小的反應(yīng)，氣壓恒定時(shí)，正、逆反應(yīng)速率相等，說(shuō)明反應(yīng)處于化學(xué)平衡狀態(tài)，故c不選；
故答案為：a；
③293K時(shí)平衡時(shí)該反應(yīng)中c（N₂O₄）=0.6mol/L，c（NO₂）=0.3mol/L，升高溫度平衡逆向進(jìn)行，化學(xué)平衡常數(shù)減小，化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{0.6}{0．{3}^{2}}$=$\frac{20}{3}$，393K時(shí)濃度商Q=$\frac{0.6}{0．{3}^{2}}$=$\frac{20}{3}$=K（298K）＞K（398K），則反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故：V_（正）＜V_（逆），
故答案為：＜；
（2）$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$=$\frac{\frac{{K}_{sp}（Ca{F}_{2}）}{{c}^{2}（{F}^{-}）}}{\frac{{K}_{sp}（Mg{F}_{2}）}{{c}^{2}（{F}^{-}）}}$=$\frac{{K}_{sp}（Ca{F}_{2}）}{{K}_{sp}（Mg{F}_{2}）}$=$\frac{1.11×1{0}^{-10}}{7.40×1{0}^{-11}}$=1.5，
故答案為：1.5；
（3）Co²⁺在陽(yáng)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Co²⁺-e^-=Co³⁺；甲醇被Co³⁺氧化生成二氧化碳、氫離子和Co²⁺，離子方程式為6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂+6Co²⁺+6H⁺，
故答案為：Co²⁺-e^-=Co³⁺；6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂+6Co²⁺+6H⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題涉及化學(xué)平衡計(jì)算、難溶物溶解平衡、電解原理等知識(shí)點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析計(jì)算能力，明確化學(xué)反應(yīng)原理是解本題關(guān)鍵，會(huì)根據(jù)濃度商與化學(xué)平衡常數(shù)相對(duì)大小確定反應(yīng)方向，題目難度不大．