Question

3．化工行業(yè)的發(fā)展必須符合國家節(jié)能減排的總體要求．請回答下列問題：
（1）已知C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），則該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為$\frac{c（CO）c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$．
（2）已知在一定溫度下，
C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H₁
CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H₂
C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H₃
則△H₁、△H₂、△H₃之間的關(guān)系是：△H₃=△H₁+△H₂或△H₁=△H₃-△H₂或△H₂=△H₃-△H₁．
（3）通過研究不同溫度下平衡常數(shù)可以解決某些實際問題．已知等體積的一氧化碳和水蒸氣進入反應(yīng)時，會發(fā)生如下反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），該反應(yīng)平衡常數(shù)隨溫度的變化如表所示．

溫度/℃	400	500	800
平衡常數(shù)K	9.94	9	1

則該反應(yīng)的正反應(yīng)方向是放熱反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”），在500℃時，若設(shè)起始時CO和H₂O的起始濃度均為0.020mol/L，則CO的平衡轉(zhuǎn)化率為75%．
（4）從氨催化氧化可以制硝酸，此過程中涉及氮氧化物，如NO、NO₂、N₂O₄等．對反應(yīng)N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H＞0在溫度為T₁、T₂時，平衡體系中NO₂的體積分數(shù)隨壓強變化曲線如圖1所示．下列說法正確的是E：
A．A、C兩點的反應(yīng)速率：A＞C
B．A、C兩點氣體的顏色：A深，C淺
C．B、C兩點的氣體的平均相對分子質(zhì)量：B＜C
D．由狀態(tài)A到狀態(tài)B，可以用加熱的方法
E．A、C兩點的化學(xué)平衡常數(shù)：A=C
（5）工業(yè)上用Na₂SO₃吸收尾氣中的SO₂，再用圖2裝置電解（惰性電極）NaHSO₃制取H₂SO₄（陰離子交換膜只永許陰離子通過），陽極電極反應(yīng)式為：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺，陽極區(qū)逸出氣體的成分為O₂、SO₂（填化學(xué)式）．

Answer 1

分析 （1）平衡常數(shù)表達式書寫注意，不用固態(tài)和純液體；
（2）根據(jù)蓋斯定律解答，①C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H₁
②CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H₂
③C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H₃
據(jù)蓋斯定律：①+②=③，；
（3）根據(jù)溫度變化平衡常數(shù)的變化判斷溫度對化學(xué)平衡移動的影響，進而判斷反應(yīng)熱，利用三段式法計算轉(zhuǎn)化率，由表中數(shù)據(jù)可知，隨著溫度的升高，平衡常數(shù)減小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，說明正反應(yīng)為f放熱反應(yīng)，設(shè)轉(zhuǎn)化的CO濃度為x，
               CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
起始（mol/L）  0.020   0.020           0        0
轉(zhuǎn)化（mol/L）    x       x             x        x
平衡（mol/L）（0.02-x）（0.02-x）       x        x
則有：$\frac{x×x}{（0.02-x）（0.02-x）}$=9
解之得：x=0.015mol/L；
（4）從平衡移動的角度分析各物理量的變化，
A．反應(yīng)速率受溫度、濃度、壓強等因素影響，C點的壓強遠大于A，壓強越大反應(yīng)速率越大，C＞A；
B．NO₂為紅棕色，顏色深淺與濃度大小有關(guān)，C點對于A點，增大了壓強，平衡逆向移動，NO₂減少，但是因為C點壓強遠大于A點，所以被壓縮后濃度增大要大于平衡移動造成的濃度減小，所以C的顏色深，A淺；
C．B、C兩點在不同條件控制下平衡時NO2的體積分數(shù)相等，所以氣體的總質(zhì)量和總物質(zhì)的量相等，平均相對分子質(zhì)量相等B=C；
D．正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡正向移動，NO2的體積分數(shù)增大，所以加熱不能實現(xiàn)狀態(tài)A到狀態(tài)B的轉(zhuǎn)化；
E．A、C兩點在同一溫度線上，所以溫度相同平衡常數(shù)相同，A=C；
（5）電解NaHSO₃溶液制取H₂SO₄，陰極是氫離子放電，由于含氧酸根的還原性比氫氧根離子強，因此陽極是亞硫酸氫根離子放電，部分亞硫酸氫根離子會和氫離子反應(yīng)生成二氧化硫氣體；

解答 解：（1）反應(yīng)C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）中C為固體，所以其平衡常數(shù)表達式為：K=$\frac{c（CO）c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$，
故答案為：$\frac{c（CO）c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$；
（2）可知：
①C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H₁
②CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H₂
③C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H₃
據(jù)蓋斯定律：①+②=③，則△H₁、△H₂、△H₃之間的關(guān)系是△H₃=△H₁+△H₂或△H₁=△H₃-△H₂或△H₂=△H₃-△H₁，
故答案為：△H₃=△H₁+△H₂或△H₁=△H₃-△H₂或△H₂=△H₃-△H₁；
（3）由表中數(shù)據(jù)可知，隨著溫度的升高，平衡常數(shù)減小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，說明正反應(yīng)為f放熱反應(yīng)，設(shè)轉(zhuǎn)化的CO濃度為x，
               CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
起始（mol/L）  0.020   0.020           0        0
轉(zhuǎn)化（mol/L）    x       x             x        x
平衡（mol/L）（0.02-x）（0.02-x）       x        x
則有：$\frac{x×x}{（0.02-x）（0.02-x）}$=9
解之得：x=0.015mol/L，
所以轉(zhuǎn)化率為：$\frac{0.015mol/L}{0.02mol/L}$×100%=75%，
故答案為：放熱；75%；
（4）對反應(yīng)N₂O₄（g）?2NO₂（g），△H＞0，在溫度為T₁、T₂時，平衡體系中NO₂的體積分數(shù)隨壓強變化曲線如圖2所示．則
A．A、C兩點溫度相同，A點壓強小于C點的壓強，壓強越大，反應(yīng)速率越大，則反應(yīng)速率：A＜C，故A錯誤；
B．一方面，增大壓強，N₂O₄和NO₂的濃度都增加，另一方面，該反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，增大壓強，平衡逆向移動，NO₂百分含量降低，但平衡的移動不能抵消濃度的增加，所以NO₂濃度增大，相對于A點，C點顏色變深，故B錯誤；
C．B、C兩點二氧化氮的體積分數(shù)相同，則混合氣體的平均相對分子質(zhì)量相同，故C錯誤；
D．A、B兩點壓強相同，該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，則二氧化氮的體積分數(shù)增大，故D錯誤；
E．A、C兩點溫度相同，化學(xué)平衡常數(shù)相同，故E正確．
故答案為：E；
（5）電解NaHSO₃溶液制取H₂SO₄，陰極是氫離子放電，由于含氧酸根的還原性比氫氧根離子強，因此陽極是亞硫酸氫根離子放電，電極反應(yīng)為：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺，部分亞硫酸氫根離子會和氫離子反應(yīng)生成二氧化硫氣體．
故答案為：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺；O₂、SO₂．

點評 本題考查化學(xué)平衡計算、化學(xué)平衡圖象、平衡常數(shù)、反應(yīng)熱計算、電解原理等，是對學(xué)生綜合能力的考查，難度中等．