Question

17．研究NO₂、SO₂、CO等大氣污染氣體的處理具有重要意義．
（1）已知：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1
則反應(yīng)NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的△H=-41.8kJ•mol^-1
（2）一定條件下，將NO₂與SO₂以體積比2：1置于密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，下列能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是BD．
A．體系壓強(qiáng)保持不變
B．混合氣體顏色保持不變
C．SO₃和NO的體積比保持不變
D．每消耗1molSO₃的同時生成1mol NO
測得上述反應(yīng)達(dá)平衡時NO₂與SO₂的體積比為5：1，則平衡常數(shù)K=1.8
（3）CO可用于合成甲醇，反應(yīng)方程式為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系如圖（1）所示．該反應(yīng)△H＜0（填“＞”或“＜”）．實際生產(chǎn)條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強(qiáng)的理由是：在1.3×10⁴kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強(qiáng)CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加得不償失．

（4）依據(jù)燃燒的反應(yīng)原理，合成的甲醇可以設(shè)計如圖（2）所示的原電池裝置．
①該電池工作時，OH^-向負(fù)極移動（填“正”或“負(fù)”）．
②該電池正極的電極反應(yīng)式為O₂+2H₂O+4e^-═OH^-．

Answer 1

分析 （1）利用蓋斯定律可知，$\frac{1}{2}$（①-②）可得目標(biāo)反應(yīng)，據(jù)此可計算出其反應(yīng)熱；
（2）可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各組分的濃度、百分含量不再變化，據(jù)此進(jìn)行判斷；利用三段法計算平衡時的濃度來計算化學(xué)平衡常數(shù)；
（3）從橫坐標(biāo)上一點，畫一條平行于縱坐標(biāo)的虛線，看相同壓強(qiáng)下不同溫度時CO的平衡轉(zhuǎn)化率，溫度越低轉(zhuǎn)化率越低，說明，升溫時平衡向逆向移動；
（4）原電池中負(fù)極是電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上 得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，燃料電池一般燃料在負(fù)極反應(yīng)，氧氣再正極反應(yīng)，溶液中的陰離子移向負(fù)極．

解答 解：（1）已知：①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1，利用蓋斯定律將$\frac{1}{2}$（①-②）得：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
△H=$\frac{1}{2}$×（-196.6kJ•mol^-1）-$\frac{1}{2}$×（-113.0kJ•mol^-1）=-41.8kJ•mol^-1，
故答案為：-41.8；
（2）A．本反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，故體系的壓強(qiáng)保持不變，故A不能說明反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．隨著反應(yīng)的進(jìn)行，NO₂的濃度減小，顏色變淺，故B可以說明反應(yīng)已達(dá)平衡，故B正確；
C．SO₃和NO都是生成物，比例保持1：1，故C不能作為平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)，故C錯誤；
D．D中每消耗1molSO₃所述的是逆反應(yīng)速率，同時生成1mol NO所述的是正反應(yīng)速率，兩者相等，能作為平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)，故D正確；
             NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
起始物質(zhì)的體積 2a      a         0         0
轉(zhuǎn)化物質(zhì)的體積  x      x        x         x
平衡物質(zhì)的體積2a-x    a-x      x           x
則（2a-x）：（a-x）=5：1，整理可得：x=0.75a，故平衡常數(shù)K=$\frac{{x}^{2}}{（2a-x）×（a-x）}$=1.8，
故答案為：BD；1.8；
（3）由圖可知，溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，平衡向逆反應(yīng)方向移動，故逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，△H＜0；壓強(qiáng)大，有利于加快反應(yīng)速率，有利于使平衡正向移動，但壓強(qiáng)過大，需要的動力大，對設(shè)備的要求也高，故選擇250℃、1.3×104kPa左右的條件．因為在250℃、壓強(qiáng)為1.3×10⁴ kPa時，CO的轉(zhuǎn)化率已較大，再增大壓強(qiáng)，CO的轉(zhuǎn)化率變化不大，沒有必要再增大壓強(qiáng)，
故答案為：＜；在1.3×10⁴kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強(qiáng)CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加得不償失；
（4）①依據(jù)甲醇燃燒的反應(yīng)原理，結(jié)合如圖所示的原電池裝置，負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上得到電子發(fā)生還原反應(yīng)；陰離子移向負(fù)極；
故答案為：負(fù)；
②一般燃料在負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)，氧氣再正極發(fā)生還原反應(yīng)；負(fù)極電極反應(yīng)為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，正極電極反應(yīng)為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

點評 本題考查較為綜合，涉及化學(xué)平衡的計算、熱化學(xué)方程式的書寫、化學(xué)平衡的平衡狀態(tài)的判斷、影響化學(xué)平衡的因素、原電池的原理應(yīng)用等知識，題目難度中等，明確化學(xué)平衡及其影響為解答關(guān)鍵，注意掌握蓋斯定律的內(nèi)容及應(yīng)用方法，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用能力．