Question

8．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（I）△H₂=-285.8kJ•mol^-1
CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（I）△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α molCO與2a molH₂合成甲醇平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關(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CO的轉(zhuǎn)化率提高
②該甲醇合成反應(yīng)在A點的平衡常數(shù)K=$\frac{12V{\;}^{2}}{a{\;}^{2}}$（用a和V表示）
③該反應(yīng)達到平衡時，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
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），利用蓋斯定律進行計算；
（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平衡正向進行；
②100°C時一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為0.75，結(jié)合平衡三段式列式根據(jù)平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）c{\;}^{2}（H{\;}_{2}）}$進行計算；
③根據(jù)轉(zhuǎn)化率=$\frac{轉(zhuǎn)化量}{起始量}$來比較；
④根據(jù)增大濃度、溫度、壓強或者使用催化劑會增大反應(yīng)速率以及平衡向正反應(yīng)方向移動會提高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壓強下一氧化碳轉(zhuǎn)化率大于P₁壓強下一氧化碳轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，壓強增大平衡正向進行，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=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）c{\;}^{2}（H{\;}_{2}）}$=$\frac{\frac{0.75a}{V}}{\frac{0.25a}{V}×（\frac{0.5a}{V}）{\;}^{2}}$=$\frac{12V{\;}^{2}}{a{\;}^{2}}$，
故答案為：$\frac{12V{\;}^{2}}{a{\;}^{2}}$；
③因為轉(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，所以CO的轉(zhuǎn)化率不變，故錯誤；
b、降低反應(yīng)溫度會減慢反應(yīng)速率，故錯誤；
c、增大體系壓強，不僅增大反應(yīng)速率，而且平衡也向正反應(yīng)方向移動，所以CO的轉(zhuǎn)化率也增大，故正確；
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，故錯誤；
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，故錯誤；
故選：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⁺．

點評 本題考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的計算應(yīng)用，化學(xué)平衡影響因素的分析判斷，平衡移動原理分析應(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．