Question

8．運用化學反應原理知識研究如何利用CO、SO₂等污染物有重要意義．
（1）用CO可以合成甲醇．已知：
CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H ₁ kJ•mol^-1
CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H₂  kJ•mol^-1
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H₃ kJ•mol^-1
則CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=2△H₃+△H₂-△H₁kJ•mol^-1．
（2）一定壓強下，在容積為2L的密閉容器中充入1mol CO與2mol H₂，在催化劑作用下發(fā)生反應：CO（g）+2H₂（g）   CH₃OH（g）△H，平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關系如圖1所示．
①下列說法正確的是B
A．若容器內(nèi)氣體密度恒定，反應達到平衡狀態(tài)
B．若容器內(nèi)各氣體濃度恒定，反應達到平衡狀態(tài)
C．上述反應中，△H＞0
D．反應中，催化劑使平衡向正反應方向移動
②p₂大于p₁ （填“大于”、“小于”或“等于”）；
③100℃時，該反應的化學平衡常數(shù)K=4；
（3）某科研小組用SO₂為原料制取硫酸．
①利用原電池原理，用SO₂、O₂和H₂O來制備硫酸，該電池用多孔材料作電極，它能吸附氣體，同時也能使氣體與電解質(zhì)溶液充分接觸．請寫出該電池負極的電極反應式：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺．
②用Na₂SO₃溶液充分吸收SO₂得NaHSO₃溶液，然后電解該溶液可制得硫酸．電解原理示意如圖2所示．請寫出開始時陽極反應的電極反應式HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺．

Answer 1

分析 （1）已知：①CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H ₁ kJ•mol^-1
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H₂  kJ•mol^-1
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H₃ kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律2×③+②-①可得CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；
（2）①A．混合氣體質(zhì)量不變，氣體體積不變，混合氣體密度不變；
B．反應達到平衡狀態(tài)時各物質(zhì)的含量不變；
C．由圖1可知相同壓強下，溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率減小，反應逆向移動，正方向為放熱反應；
D．催化劑不改變平衡；
②該反應是個氣體體積減小的反應，根據(jù)壓強對化學平衡的影響分析；
③100℃時，該反應的CO的轉(zhuǎn)化率為0.5，列三段式，代入化學平衡常數(shù)K計算可得；
（3）①依據(jù)原電池原理，負極是失電子發(fā)生氧化反應，二氧化硫失電子生成硫酸的過程；
②根據(jù)化合價變化判斷陽極反應物質(zhì)，寫出陽極反應式．

解答 解：（1）①CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H ₁ kJ•mol^-1
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H₂  kJ•mol^-1
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H₃ kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律2×③+②-①可得CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=2△H₃+△H₂-△H₁；
故答案為：）△H=2△H₃+△H₂-△H₁；
（2）①A．容器內(nèi)混合氣體總質(zhì)量不變，恒容氣體體積不變，則密度始終不變，故A錯誤；
B．容器內(nèi)各氣體濃度恒定，反應達到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．由圖1可知相同壓強下，溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率減小，反應逆向移動，正方向為放熱反應，故C錯誤；
D．催化劑不影響化學平衡，故D錯誤；
故答案為：B；
②該反應是個氣體體積減小的反應，增大壓強，化學平衡正向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，由圖1可知相同溫度下，p₂時CO的轉(zhuǎn)化率大于的p₁轉(zhuǎn)化率，故p₂大于p₁；
故答案為：大于；
③在容積為2L的密閉容器中充入1mol CO與2mol H₂，100℃時，該反應的CO的轉(zhuǎn)化率為0.5，列三段式，
      CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
c始：0.5         1                   0
c轉(zhuǎn)：0.25       0.5                0.25
c平：0.25       0.5                0.25
則化學平衡常數(shù)K=$\frac{0.25}{0.25×0．{5}^{2}}$=4；
故答案為：4；
（3）①該原電池中，負極上失電子被氧化，二氧化硫到硫酸，硫的化合價升高，所以負極上投放的氣體是二氧化硫，二氧化硫失電子和水反應生成硫酸根離子和氫離子，所以負極上的電極反應式為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；
故答案為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；
②電解池中陽極和電源正極相連，失去電子，發(fā)生氧化反應，電解NaHSO₃溶液可制得硫酸，硫的化合價升高，所以陽極是HSO₃^-溶液失去電子被氧化生成SO₄^2-，則陽極電極反應式是：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺；
故答案為：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺．

點評 本題考查了化學平衡常數(shù)表達式書寫以及計算、化學平衡影響因素分析判斷、化學平衡狀態(tài)的判斷，原電池原理和電解原理的應用，注意電極反應的書寫方法，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．