Question

4．CO、SO₂是主要的大氣污染氣體，利用化學(xué)反應(yīng)原理是治理污染的重要方法．
I、甲醇可以補(bǔ)充和部分替代石油燃料，緩解能源緊張．利用CO可以合成甲醇．
（1）已知：CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H₁=-283.0kJ•mol^-1
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（1）△H₂=-285.8kJ•mol^-1
CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（1）△H₃=-764.5kJ•mol^-1
則CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H=-90.1kJ•mol^-1
（2）一定條件下，在容積為VL的密閉容器中充入amol　CO與2a mol H₂合成甲醇平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖1所示．

①P₁＜ P₂（填“＞”、“＜”或“=”），理由是甲醇的合成反應(yīng)是分子數(shù)減少的反應(yīng)，相同溫度下，增大壓強(qiáng)CO的轉(zhuǎn)化率提高
②該甲醇合成反應(yīng)在A點(diǎn)的平衡常數(shù)K=$\frac{12{V}^{2}}{{a}^{2}}$（用a和V表示）
③該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的關(guān)系是：CO=H₂（填“＞”、“＜”或“=”）
④下列措施中能夠同時(shí)滿足增大反應(yīng)速率和提高CO轉(zhuǎn)化率的是C．（填寫相應(yīng)字母）
A、使用高效催化劑    B、降低反應(yīng)溫度C、增大體系壓強(qiáng)
D、不斷將CH₃0H從反應(yīng)混合物中分離出來E、增加等物質(zhì)的量的CO和H₂
Ⅱ、某學(xué)習(xí)小組以SO₂為原料，采用電化學(xué)方法制取硫酸．
（3）原電池法：
該小組設(shè)計(jì)的原電池原理如圖2所示．
寫出該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺．
（4）電解法：
該小組用Na₂SO₃溶液充分吸收S0₂得到NaHSO₃溶液，然后電解該溶液制得了硫酸．原理如圖3所示．
寫出開始電解時(shí)陽極的電極反應(yīng)式HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g），利用蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算；
（2）①依據(jù)反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，相同溫度下增大壓強(qiáng)平衡正向進(jìn)行；
②100°C時(shí)一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為0.75，結(jié)合平衡三段式列式根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$進(jìn)行計(jì)算；
③根據(jù)轉(zhuǎn)化率=$\frac{轉(zhuǎn)化率}{起始量}$×100%來比較；
④根據(jù)增大濃度、溫度、壓強(qiáng)或者使用催化劑會(huì)增大反應(yīng)速率以及平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)會(huì)提高CO轉(zhuǎn)化率來判斷；
（3）依據(jù)原電池原理，負(fù)極是失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，二氧化硫失電子生成硫酸的過程；
（4）根據(jù)化合價(jià)變化判斷陽極反應(yīng)物質(zhì)，寫出陽極反應(yīng)式．

解答 解：（1）①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H₁=-283.0kJ•mol^-1
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（I）△H₂=-285.8kJ•mol^-1
③CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（I）△H₃=-764.5kJ•mol^-1
由蓋斯定律①+2×②-③得：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g），△H=（-283.0-285.8×2+764.5）kJ•mol^-1=-90.1kJ•mol^-1，
故答案為：-90.1；
（2）①圖象分析可知相同溫度下P₂壓強(qiáng)下一氧化碳轉(zhuǎn)化率大于P₁壓強(qiáng)下一氧化碳轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，壓強(qiáng)增大平衡正向進(jìn)行，所以P₁＜P₂；
故答案為：＜；甲醇的合成反應(yīng)是分子數(shù)減少的反應(yīng)，相同溫度下，增大壓強(qiáng)CO的轉(zhuǎn)化率提高；
②向VL恒容密閉容器中充入a mol CO與2a mol H₂，100°C時(shí)一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為50%，
                     CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol） a           2a               0 
變化量（mol）0.75a     1.5a          0.75a   
平衡量（mol）0.25a     0.5a          0.75a   
平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{\frac{0.75a}{V}}{\frac{0.25a}{V}（\frac{0.5a}{V}）^{2}}$=$\frac{12{V}^{2}}{{a}^{2}}$，
故答案為：$\frac{12{V}^{2}}{{a}^{2}}$；
③因?yàn)檗D(zhuǎn)化率=轉(zhuǎn)化量總量，又CO和H₂按照系數(shù)比1：2消耗，而開始充入α molCO與2a molH₂也剛好為1：2，所以CO的轉(zhuǎn)化率等于H₂的轉(zhuǎn)化率，
故答案為：=；
④A、使用高效催化劑只能增大反應(yīng)速率，不能改變平衡移動(dòng)，所以CO的轉(zhuǎn)化率不變，故A錯(cuò)誤；
B、降低反應(yīng)溫度會(huì)減慢反應(yīng)速率，故B錯(cuò)誤；
C、增大體系壓強(qiáng)，不僅增大反應(yīng)速率，而且平衡也向正反應(yīng)方向移動(dòng)，所以CO的轉(zhuǎn)化率也增大，故C正確；
D、不斷將CH₃0H從反應(yīng)混合物中分離出來，即減小生成物的濃度，則反應(yīng)速率減小，故D錯(cuò)誤；
E、增加等物質(zhì)的量的CO和H₂，即增大反應(yīng)物的濃度，反應(yīng)速率增大，但增加了CO則CO的轉(zhuǎn)化率也減小，故E錯(cuò)誤；
故答案為：C；
（3）該原電池中，負(fù)極上失電子被氧化，二氧化硫到硫酸，硫的化合價(jià)升高，所以負(fù)極上投放的氣體是二氧化硫，二氧化硫失電子和水反應(yīng)生成硫酸根離子和氫離子，所以負(fù)極上的電極反應(yīng)式為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；
（4）電解池中陽極和電源正極相連，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，電解NaHSO₃溶液可制得硫酸，硫的化合價(jià)升高，所以陽極是HSO₃^-溶液失去電子被氧化生成SO₄^2-，則陽極電極反應(yīng)式是：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺；
故答案為：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的計(jì)算應(yīng)用，化學(xué)平衡影響因素的分析判斷，平衡移動(dòng)原理分析應(yīng)用，原電池電極反應(yīng)和電解池原理的理解應(yīng)用，題目難度中等．