Question

3．一氧化碳是一種用途廣泛的化工基礎(chǔ)原料．
（l）在高溫下CO可將SO₂還原為單質(zhì)硫．已知：
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₁=-566.0kJ•mol^-1；
S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H₂=-296.0kJ•mol^-1；
請(qǐng)寫出CO還原SO₂的熱化學(xué)方程式2CO（g）+SO₂（g）=S（s）+2CO₂（g）△H₃=-270 kJ•mol^-1．
（2）工業(yè)上用一氧化碳制取氫氣的反應(yīng)為：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），已知420℃時(shí)，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=9．如果反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，在2L的密閉容器中充入CO和H₂O的物質(zhì)的量都是0.60mol，5min末達(dá)到平衡，則此時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為75%，H₂的平均生成速率為0.045mol•L^-1•min^-1．
（3）CO與H₂反應(yīng)還可制備CH₃OH，CH₃OH可作為燃料使用，用CH₃OH和O₂組合形成的質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖

電池總反應(yīng)為：2CH₃OH+3O₂═2CO₂+4H₂O，則c電極是負(fù)極（填“正極”或“負(fù)極”），c電極的反應(yīng)方程式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺．若用該電池電解精煉銅（雜質(zhì)含有Ag和Fe），粗銅應(yīng)該接此電源的d極（填“c”或“d”），反應(yīng)過(guò)程中析出精銅64g，則上述CH₃OH燃料電池，消耗的O₂在標(biāo)況下的體積為11.2L．

Answer 1

分析 （1）利用蓋斯定律可以根據(jù)已知的反應(yīng)的熱化學(xué)方程式求反應(yīng)2CO+SO₂=S+2CO₂的焓變，進(jìn)而寫熱化學(xué)方程式；
（2）根據(jù)所給反應(yīng)的平衡常數(shù)，利用三段式法計(jì)算出平衡濃度減小求算，
                CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始濃度（mol/L）0.30    0.30      0        0
轉(zhuǎn)化濃度（mol/L） x       x        x        x
轉(zhuǎn)化濃度（mol/L）0.30-x  0.30-x    x        x
（3）原電池中電子從負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，負(fù)極反應(yīng)氧化反應(yīng)，結(jié)合電解質(zhì)書(shū)寫電極反應(yīng)式；
根據(jù)c為負(fù)極，d為正極，粗銅精煉時(shí)，粗銅作陽(yáng)極，與電源的正極相連；
根據(jù)電子得失守恒以及精銅中銅離子得到電子來(lái)計(jì)算．

解答 解：（1）①2CO（g）+O₂（s）=2CO₂（g）△H₁=-566.0kJ•mol^-1
②S（s）+O₂（g）=SO₂ （g）△H₂=-296.0kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，①-②得到2CO（g）+SO₂（g）=S（s）+2CO₂（g）；△H=-270 kJ•mol^-1；
故答案為：2CO（g）+SO₂（g）=S（s）+2CO₂（g）△H₃=-270 kJ•mol^-1；
（2）設(shè)參加反應(yīng)的CO的濃度為x         
                 CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始濃度（mol/L）0.30    0.30      0        0
轉(zhuǎn)化濃度（mol/L） x       x        x        x
轉(zhuǎn)化濃度（mol/L）0.30-x  0.30-x    x        x
K=9.0=$\frac{{x}^{2}}{（0.30-x）^{2}}$，x=0.225，
所以CO的轉(zhuǎn)化率α（CO）=$\frac{0.225mol/L}{0.30mol/L}$×100%=75%，
氫氣反應(yīng)速率v（H₂）=$\frac{0.225mol/L}{5min}$=0.045mol/（L•min），
故答案為：75%；0.045mol/（L•min）；
（3）甲醇具有還原性，在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO₂，電極反應(yīng)式為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，
因c為負(fù)極，d為正極，粗銅精煉時(shí)，粗銅作陽(yáng)極，與電源的正極d相連，
精銅電極電極反應(yīng)式：Cu²⁺+2e^-=Cu，Cu²⁺的物質(zhì)的量為=$\frac{64g}{64g/mol}$=1mol，由電子得失守恒可知電子轉(zhuǎn)移2mol，
原電池中正極電極反應(yīng)為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，則生成氧氣物質(zhì)的量為0.5mol，體積=0.5mol×22.4L/mol=11.2L；
故答案為：負(fù)極；CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；d；11.2．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡常數(shù)的求算、電解質(zhì)原理、原電池原理、氧化還原反應(yīng)，綜合性強(qiáng)，難度中等．