Question

15．研究NO₂、SO₂、CO等大氣污染氣體的處理及利用的方法具有重要意義．
（1）①已知：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1
請寫出NO₂與SO₂反應生成SO₃（g）和NO的熱化學方程式NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H=-41.8kJ•mol^-1．
②一定條件下，將NO₂與SO₂以體積比1：2置于2L密閉容器中發(fā)生上述反應，下列能說明反應達到平衡狀態(tài)的是bd．
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1mol SO₂的同時生成1molNO₂
（2）工業(yè)上一般以CO和H₂為原料合成甲醇，該反應的熱化學方程式為：CO （ g ）+2H₂ （ g ）?CH₃OH （ g ）△H=-116kJ/mol一定條件下在2L密閉容器中，將1mol CO與3mol H₂的混合氣體在催化劑作用下發(fā)生反應生成甲醇．
①2min時測得生成CH₃OH 0.2mol，則0～2min的平均反應速率v（H₂）=0.1mol•L^-1•min^-1．
②反應5min后達到平衡，若平衡后將容器的容積壓縮到原來的$\frac{1}{2}$，其他條件不變，對平衡體系產(chǎn)生的影響是cd （填字母序號）．
a．c（H₂）減少                            b．正反應速率加快，逆反應速率減慢
c．CH₃OH 的物質(zhì)的量增加                 d．重新平衡$\frac{c（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）}$減小
（3）在密閉容器中充有1mol CO與2mol H₂，在催化劑作用下反應生成甲醇，CO的轉(zhuǎn)化率（α）與溫度（T）、壓強（P） 的關(guān)系如圖1示．
①A、C兩點都表示達到的平衡狀態(tài)，則自反應開始到達平衡狀態(tài)所需的時間t_A＞t_C（填“＞”、“＜”或“=”）．
②若A點時容器的體積為1L，則該溫度下B的平衡常數(shù)K_B=1，C點的平衡常數(shù)K_C＜K_B（填“＜”、“＞”或“=”）．
（4）圖2MCFC燃料電池，它是以水煤氣（CO、H₂）為燃料，一定比例Li₂CO₃和Na₂CO₃共熔混合物為電解質(zhì)．A為電池的負極（選填“正”或“負”），寫出B極電極反應式O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-．

Answer 1

分析 （1）①依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到NO₂與SO₂反應生成SO₃（g）和NO的熱化學方程式；
②a．隨反應：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的進行，氣體的總的物質(zhì)的量不變，壓強不變．
b．混合氣體顏色保持不變，說明二氧化氮的濃度不變．
c．化學方程式分析可知隨反應進行NO和SO₃的物質(zhì)的量之比不變；
d．每消耗1mol SO₂的同時生成1mol NO₂表示正逆反應速率相同；
（2）①2min時測得生成CH₃OH 0.2mol，依據(jù)反應速率概念計算得到甲醇的反應速率，反應速率之比等于化學方程式計量數(shù)之比計算得到氫氣表示的反應速率；
②平衡后將容器的容積壓縮到原來的$\frac{1}{2}$，壓強增大，正、逆反應速率都增大，但正反應速率增大更多，平衡向正反應方向移動，生成物的濃度增大，由于溫度不變，則平衡常數(shù)不變，結(jié)合平衡常數(shù)可知，平衡時反應物各組分的濃度都增大，據(jù)此分析解答；
（3）①溫度越高反應速率越快所需時間越短．
②溫度不變，平衡常數(shù)不變，根據(jù)A點溫度下的轉(zhuǎn)化率求平衡時各種物質(zhì)的濃度；
（4）碳酸鹽燃料電池中通氧氣的電極一定為正極，通入燃料的電極A一定為負極，氧氣在B電極上發(fā)生還原反應，根據(jù)圖知，A電極上失電子發(fā)生氧化反應生成水和二氧化碳；B電極上氧氣得到電子和二氧化碳生成碳酸根離子．

解答 解：（1）①已知：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1 ①
2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1 ②
依據(jù)蓋斯定律計算①-②得到NO₂與SO₂反應生成SO₃（g）和NO的熱化學方程式NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H=-41.8 kJ•mol^-1，
故答案為：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H=-41.8 kJ•mol^-1；
②a．隨反應進行，氣體的物質(zhì)的量不變，壓強不變，體系壓強保持不變，不能說明到達平衡狀態(tài)，故a錯誤；
b．混合氣體顏色保持不變，說明二氧化氮的濃度不變，說明到達平衡狀態(tài)，故b正確；
c．隨反應進行NO和SO₃的物質(zhì)的量之比不發(fā)生變化，物質(zhì)的量之比保持不變，反應自始至終都按此比例進行，不能說明到達平衡狀態(tài)，故c錯誤；
d．每消耗1mol SO₂的同時生成1mol NO₂都表示正逆反應速率相同，故d正確；
故答案為：bd；
（2）①2min時測得生成CH₃OH 0.2mol，V（CH₃OH）=$\frac{\frac{0.2mol}{2L}}{2min}$=0.05mol/L•min，反應速率之比等于化學方程式計量數(shù)之比，則0～2min的平均反應速率v（H₂）=2V（CH₃OH）=2×0.05mol/L•min=0.1mol•L^-1•min^-1，
故答案為：0.1mol•L^-1•min^-1；
②a．平衡后將容器的容積壓縮到原來的$\frac{1}{2}$，壓強增大，平衡向正反應方向移動，生成物的濃度增大，由于平衡常數(shù)不變，結(jié)合平衡常數(shù)可知，平衡時反應物各組分的濃度都增大，故a錯誤；
b．壓強增大，正、逆反應速率都增大，但正反應速率增大更多，故b錯誤；
c．壓強增大，平衡向正反應方向移動，CH₃OH 的物質(zhì)的量增加，故c正確；
d．壓強增大，平衡向正反應方向移動，氫氣的物質(zhì)的量減小、甲醇的物質(zhì)的量增大，故重新平衡$\frac{c（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）}$減小，故d正確；
故答案為：cd；
（3）①由圖可知A點低于C的溫度，溫度越高反應速率越快所需時間越短，所以t_A＞t_C，故答案為：＞；
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
初起濃度  1mol/L      2mol/L       0
變化量   0.5mol/L     1mol/L     0.5mol/L
平衡量   0.5mol/L     1mol/L     0.5mol/L
故K=$\frac{0.5mol/L}{0.5mol/L×（1mol/L）^{2}}$=1L²mol^-2，
圖象可知BC點是不同溫度下的平衡，溫度升高CO的轉(zhuǎn)化率減小，說明正反應為放熱反應，升溫平衡逆向進行，平衡常數(shù)減小，則K_C＜K_B，
故答案為：1；＜；
（4）根據(jù)圖知，A電極上失電子發(fā)生氧化反應生成水和二氧化碳，所以A是負極，B電極上氧氣得到電子和二氧化碳生成碳酸根離子，電極反應式為O₂+4e^-+2CO₂═2CO₃^2-；
故答案為：負；O₂+4e^-+2CO₂═2CO₃^2-．

點評 本題考查熱化學方程式書寫、化學平衡圖象、影響化學平衡因素、平衡常數(shù)與反應速率計算、原電池原理等，掌握基礎是解本題的關(guān)鍵，題目難度中等．