Question

8．隨著化石能源的大量開采以及污染的加劇，污染氣體的治理和開發(fā)利用日益迫切．
（1）Bunsen熱化學循環(huán)制氫工藝由下列三個反應組成；
SO₂（g）+I₂（g）+2H₂O（g）═2HI（g）+H₂SO₄（l）△H=a kJ/mol    ①
2H₂SO₄（l）═2H₂O（g）+2SO₂（g）+O₂（g）△H=b kJ/mol    ②
2HI（g）═H₂（g）+I₂（g）△H=c kJ/mol        ③
則2H₂O（g）═2H₂（g）+O₂（g）△H=（2a+b+2c）kJ/mol
（2）CO₂ 和CH₄ 是兩種重要的溫室氣體，以表面覆蓋有Cu₂Al₂O₄ 的二氧化鈦為催化劑．可以將CO₂ 和CH₄直接轉化為乙酸．

①在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率如圖Ⅰ所示，該反應體系應將溫度控制在250℃左右．
②將Cu₂Al₂O₄ 溶解在稀硝酸中的離子方程式為3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O．
（3）甲醇（CH₃OH）被稱為21世紀的新型燃料．在體積為V L的某反應容器中，amolCO與2amolH₂ 在催化劑作用下反應生成甲醇：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），CO的平衡轉化率與溫度的關系如圖Ⅱ所示：
①該反應是放熱（填“放熱”或“吸熱”）反應
②在其他條件不變的情況下，反應容器中再增加amol CO與2amolH₂，達到新平衡時，CO的轉化率增大（填“增大”、“減小”或“不變”）．
③100℃，反應CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g） 的平衡常數(shù)為$\frac{{a}^{2}}{{V}^{2}}$（用含有a、V的代數(shù)表示）．
（4）某實驗小組設計了如圖Ⅲ所示的甲醇燃料電池裝置．
①該電池工作時，OH^- 向b （填“a”或“b”）極移動
②工作一段時間后，測得該溶液的pH減小，該電池負極反應的電極反應式為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）SO₂（g）+I₂（g）+2H₂O（g）═2HI（g）+H₂SO₄（l）△H=a kJ/mol    ①
2H₂SO₄（l）═2H₂O（g）+2SO₂（g）+O₂（g）△H=b kJ/mol    ②
2HI（g）═H₂（g）+I₂（g）△H=c kJ/mol        ③
根據(jù)蓋斯定律①×2+②+③×2得到2H₂O（g）=2H₂（g）+O₂（g），據(jù)此計算；
（2）①由圖分析催化劑的催化效率與乙酸的生成速率最高的即為該體系最合適的溫度；
②將Cu₂Al₂O₄中Cu為+1甲，溶解在稀硝酸中生成硝酸銅、硝酸鋁、NO與水；
（3）①根據(jù)溫度對化學平衡的影響分析；
②其他條件不變的情況下，反應容器中再增加amol CO與2amolH₂，相當于對兩個原平衡壓縮體積，即對原平衡增大壓強，根據(jù)壓強對該反應的影響分析；
③先計算反應CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的K，則反應CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g） 的平衡常數(shù)為K的倒數(shù)；
（4）①a為正極，b為負極，陰離子移向負極；
②負極為甲醇失去電子被氧化，再結合電解質可寫；

解答 解：（1）已知：①SO₂（g）+I₂（g）+2H₂O（g）=2HI （g）+H₂SO₄（l）△H=a kJ•mol^-1
②2H₂SO₄（l）=2H₂O（g）+2SO₂（g）+O₂（g）△H=b kJ•mol^-1
③2HI（g）=H₂（g）+I₂（g）△H=c kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律①×2+②+③×2得到2H₂O（g）=2H₂（g）+O₂（g）△H=（2a+b+2c）KJ/mol；
故答案為：（2a+b+2c）；
（2）①由圖可知，250℃左右時，催化劑的催化效率與乙酸的生成速率最高；
故答案為：250；
②將Cu₂Al₂O₄中Cu為+1甲，溶解在稀硝酸中生成硝酸銅、硝酸鋁、NO與水，反應離子方程式為：3 Cu₂Al₂O₄+32 H⁺+2 NO₃^-=6 Cu²⁺+6 Al³⁺+2 NO↑+16 H₂O；
故答案為：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O；
（3）①從圖知，溫度升高，CO的轉化率減小，說明平衡逆向移動，反應為放熱反應；
故答案為：放熱；
 ②其他條件不變的情況下，反應容器中再增加amol CO與2amolH₂，相當于對兩個原平衡壓縮體積，即對原平衡增大壓強，該反應是個氣體體積減小的反應，增大壓強，平衡正向移動，CO的轉化率增大；
故答案為：增大；
  ③由圖可知，100℃時，CO的轉化率為0.5，則
         CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
n始：a              2a                   0
n轉：0.5a         a                    0.5a
n平：0.5a         a                    0.5a
該反應的K=$\frac{（0.5a÷V）}{（0.5a÷V）（a÷V）^{2}}$=$\frac{{V}^{2}}{{a}^{2}}$，100℃，反應CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g） 為原反應的逆反應，則的平衡常數(shù)為$\frac{1}{K}$=$\frac{{a}^{2}}{{V}^{2}}$；
故答案為：$\frac{{a}^{2}}{{V}^{2}}$；
（4）①該燃料電池a為正極，b為負極，陰離子移向負極，即b；
故答案為：b；
②負極為甲醇失電子被氧化的反應，電解質為堿性，則負極反應的電極反應式為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；
故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O．

點評 本題考查了蓋斯定律、化學平衡的有關計算、原電池的原理，題目難度中等，注意分析題中信息，結合基礎知識解題．