Question

研究NO₂、SO₂  、CO等大氣污染氣體的測量及處理具有重要意義。

（1）I₂O₅可使H₂S、CO、HC1等氧化，常用于定量測定CO的含量。已知：

2I₂(s)+5O₂(g)＝2I₂O₅(s)          △H＝－75.56  kJ·mol^－1

2CO(g)+O₂(g)＝2CO₂(g)        △H＝－566.0  kJ·mol^－1

寫出CO(g)與I₂O₅(s)反應(yīng)生成I₂(s)和CO₂(g)的熱化學(xué)方程式：                                      。

（2）一定條件下，NO₂與SO₂反應(yīng)生成SO₃和NO兩種氣體：NO₂(g)+SO₂(g)SO₃(g)+NO(g)將體積比為1∶2的NO₂、SO₂氣體置于密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，下列能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的是                      。

a．體系壓強保持不變

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1molSO₂的同時生成1molNO

測得上述反應(yīng)平衡時NO₂與SO₂體積比為1∶6，則平衡常數(shù)K＝                  。

（3）從脫硝、脫硫后的煙氣中獲取二氧化碳，用二氧化碳合成甲醇是碳減排的新方向。將CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇的熱化學(xué)方程式為：CO₂  (g)＋3H₂(g)  CH₃OH(g)＋H₂O(g)    △H₃

①取五份等體體積CO₂和H₂的的混合氣體  （物質(zhì)的量之比均為1：3），分別加入溫度不同、容積相同的恒容密閉容器中，發(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)相同時間后，測得甲醇的體積分數(shù)φ(CH₃OH)  與反應(yīng)溫度T的關(guān)系曲線如圖所示，則上述CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇反應(yīng)的△H₃                      0（填“＞”、“＜”或“＝”）。

②在容積為1L的恒溫密閉容器中充入1molCO₂和3molH₂，進行上述反應(yīng)。測得CO₂和CH₃OH(g)的濃度隨時間變化如下左圖所示。若在上述平衡體系中再充0.5molCO₂和1.5mol水蒸氣（保持溫度不變），則此平衡將                        移動（填“向正反應(yīng)方向”、“不”或“逆反應(yīng)方向”）。

          

③直接甲醇燃料電池結(jié)構(gòu)如上右圖所示。其工作時負極電極反應(yīng)式可表示為                       。

 

Answer 1

【答案】

（1）5CO(g)+I₂O₅(s)＝5CO₂(g)+I₂(s)      △H＝－1377.22kJ/mol

（2）b      2.67或8/3  （3）①＜              ②不          ③CH₃OH－6e^－＋H₂O＝6H^＋＋CO₂

【解析】

試題分析：（1）根據(jù)反應(yīng)①2I₂(s)+5O₂(g)＝2I₂O₅(s)      △H＝－75.56  kJ·mol^－1、②2CO(g)+O₂(g)＝2CO₂(g)        △H＝－566.0  kJ·mol^－1并依據(jù)蓋斯定律可知，（②×5－①）÷2即得到反應(yīng)5CO(g)+I₂O₅(s)＝5CO₂(g)+I₂(s)，所以該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H＝（－566.0  kJ/mol×5＋75.56  kJ/mol）÷2＝－1377.22kJ/mol。

（2）在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)的正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等時（但不為0），反應(yīng)體系中各種物質(zhì)的濃度或含量不再發(fā)生變化的狀態(tài)，稱為化學(xué)平衡狀態(tài)。該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，故體系的壓強保持不變，故a不能說明反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)；顏色深淺和濃度有關(guān)系，隨著反應(yīng)的進行，NO₂的濃度減小，顏色變淺，故b可以說明反應(yīng)已達平衡；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)；根據(jù)方程式可知，每消耗1molSO₂的同時一定生成1molNO  ，即d中所述的兩個速率方向相同，不能作為平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)，所以正確的答案選b。反應(yīng)前后體積不變，因此可以用物質(zhì)的量表示濃度計算平衡常數(shù)，則

                 NO₂(g)+SO₂(g)SO₃(g)+NO(g)

起始量（mol）    n       2n        0      0

轉(zhuǎn)化量（mol）    x       x         x      x

平衡量（mol）    n－x    2n－x    x       x

則根據(jù)平衡時NO₂與SO₂體積比為1∶6可知6×（n－x）＝2n－x

解得x＝0.8n

所以該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝＝＝

（3）①由圖可知最高點反應(yīng)到達平衡，達平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反應(yīng)進行，升高溫度平衡向吸熱方向進行，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H₃＜0。

②根據(jù)圖像可知，平衡時甲醇的濃度是0.75mol/L，則根據(jù)反應(yīng)方程式CO₂  (g)＋3H₂(g)  CH₃OH(g)＋H₂O(g)可知，消耗CO₂和氫氣的濃度分別是0.75mol/L和2.25mol/L，生成水蒸氣的濃度是0.75mol/L。則平衡時CO₂和氫氣的濃度分別是1mol/L－0.75mol/L＝0.25mol/L、3mol/L－2.25mol/L＝0.75mol，所以該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝＝＝。若在上述平衡體系中再充0.5molCO₂和1.5mol水蒸氣（保持溫度不變），則此時濃度商為＝＝，所以此平衡將不移動。

③原電池中正極得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)，因此氧氣在正極通入，氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水，電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+4H⁺＝2H₂O。負極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，因此甲醇在負極通入，電極反應(yīng)式為CH₃OH－6e^－＋H₂O＝6H^＋＋_CO2。

考點：考查反應(yīng)熱的計算、平衡狀態(tài)的判斷、平衡常數(shù)計算和應(yīng)用、外界條件對平衡狀態(tài)的影響以及電極反應(yīng)式的書寫等