Question

6．著名主持人柴靜自費拍攝的《穹頂之下》講述了霧霾對人類的影響．我國已有100多座大中城市不同程度地出現(xiàn)了霧霾天氣，覆蓋了我國將近一半的國土．隨著大氣污染的日趨嚴重．國家擬定于“十二五”期間，將二氧化硫（SO₂）排放量減少8%，氮氧化物（NO₂）排放量也要大幅減少．

Ⅰ．工業(yè)上采用碘循環(huán)工藝吸收SO₂，具體流程如下：
（1）用離子方程式表示反應器中發(fā)生的反應SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺．
（2）用化學平衡移動的原理分析，在HI分解反應中使用膜反應器分離出H₂的目的是HI分解為可逆反應，及時分離出產物H₂，有利于反應正向進行．
Ⅱ．處理NO₂的一種方法是利用甲烷催化還原NO₂．
   CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ•mol^-1
   CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂
   CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=-867kJ•mol^-1
則△H₂=-1160kJ•mol^-1．
Ⅲ．為減少二氧化碳的排放．對二氧化碳進行如下處理．
   （1）一定溫度下，在2L容積固定的密閉容器中，通入2molCO₂和3molH₂，發(fā)生的反應為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃COH（g）+H₂O（g）△H=-akJ•mol^-1（a＞0），測得CO₂（g）和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖1所示．
   ①能說明該反應已達到平衡狀態(tài)的是AB．
    A．CO₂的體積分數在混合氣體中保持不變
    B．混合氣體的平均相對分子質量不隨時間的變化而變化
    C．單位時間內每消耗1.2molH₂，同時生成0.4molH₂O
    D．反應中H₂O與CH₃OH的物質的量濃度之比為1：1，且保持不變
  ②計算溫度下此反應的平衡常數K=0.20．
（2）某甲醇燃料電池原理如圖1所示．
   ①pb（a）電極的電極反應式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺．
   ②用上述甲醇燃料電池做電源．用圖3裝置電解跑題硫酸銅溶液若在圖2中Pt電極上生成64g銅，則圖2中Pt（b）電極上需要消耗標準狀況下空氣（O₂的體積分數20%）的體積為56L．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）反應器中二氧化硫、碘發(fā)生氧化還原反應生成硫酸和HI；
（2）HI分解反應為可逆反應；
Ⅱ．依據熱化學方程式和蓋斯定律③×2-①計算目標熱化學方程式得到焓變；
Ⅲ．（1）①化學反應達到化學平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，且不等于0，各物質的濃度不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不發(fā)生變化，以此進行判斷；
②根據圖象數據結合平衡常數K的計算公式進行計算；
（2）①首先根據pb（a）電極上為甲醇失電子在負極發(fā)生氧化反應生成二氧化碳，據此書寫電極反應式； 
②整個電路中轉移電子的數目相等，可以根據電子轉移的數目相同來列出已知物質和未知物質之間關系式，然后通過關系來求解．

解答 解：Ⅰ．（1）反應器中二氧化硫、碘發(fā)生氧化還原反應生成硫酸和HI，離子反應為SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺，故答案為：SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺；
（2）HI分解反應為可逆反應，則使用膜反應器分離出H₂的目的是及時分離出產物H₂，有利于反應正向進行，故答案為：HI分解為可逆反應，及時分離出產物H₂，有利于反應正向進行；
Ⅱ．①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂
③CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=-867kJ•mol^-1
依據蓋斯定律計算，③×2-①得到CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ•mol^-1；
故答案為：-1160kJ•mol^-1；
Ⅲ．（1）①A．CO₂的體積分數在混合氣體中保持不變，則能說明達到平衡狀態(tài)，故A正確；
B．平均相對分子質量=$\frac{總質量}{總物質的量}$，總質量一定，總物質的量在變，故平均相對分子質量在變，故平均相對分子質量不再發(fā)生改變能說明達到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．單位時間內每消耗1.2mol H₂，同時生成0.4molH₂O，不能體現(xiàn)正逆反應，故不能說明達到平衡狀態(tài)，故C錯誤；
D．H₂O與CH₃OH都是產物，并且按照1：1的比例生成，所以H₂O與CH₃OH的物質的量濃度之比一直為1：1，不能說明達到平衡狀態(tài)，故D錯誤；
故選AB；
②由圖象數據CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）得
   開始濃度：1       1.5        0        0
  轉化濃度：0.25     0.75       0.25    0.25 
  平衡濃度：0.75     0.75       0.25    0.25 
所以K=$\frac{0.25×0.25}{0.75×0.75{\;}^{3}}$=0.20，故答案為：0.20；
（2）①根據pb（a）電極上為甲醇失電子在負極發(fā)生氧化反應生成二氧化碳，則電極反應式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，故答案為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
②電解硫酸銅溶液時，銅電極上銅失電子發(fā)生氧化反應，當銅片的質量變化64g，失去電子的物質的量=$\frac{64g}{64g/mol}$×2=2mol，
1mol氧氣生成-2價氧元素得到4mol電子，則需要空氣的體積=$\frac{\frac{2mol}{4}×22.4L/mol}{20%}$=56L，
故答案為：56．

點評 本題考查氧化還原反應、電化學以及化學平衡的有關知識，為高考常見題型和高頻考點，注意把握原電池的工作原理，本題解答的關鍵是根據電子轉移的數目相同計算，注意體會答題思路，題目難度中等．