Question

【題目】燃煤能排放大量的CO、CO2、SO2，PM2.5(可入肺顆粒物)。污染跟冬季燃煤密切相關(guān)，SO2. CO、CO2也是對(duì)環(huán)境影響較大的氣體，對(duì)它們的合理控制、利用是優(yōu)化我們生存環(huán)境的有效途徑。

（1）工業(yè)上可用CO2和H2反應(yīng)合成甲醇。已知25°C、101 kPa下：

H2(g)+1/2O2(g)=H2O (g) △H1=—242kJ/mol

CH3OH+3/2O2(g) =CO2(g)+2H2O △H2=—676kJ/mol

寫出CO2與H2反應(yīng)生成CH3OH(g)與H2O (g)的熱化學(xué)方程式_________________。

（2）工業(yè)上還可以通過下列反應(yīng)制備甲醇：CO (g) +2H2 (g)CH3OH (g)。在一容積可變的密閉容器中充入l0molCO和20molH2，CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度(T)、壓強(qiáng)(P)的變化如圖所示。

①下列說法不能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是____（填字母）。

a. H2的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍

b．H2的體積分?jǐn)?shù)不再改變

c．體系中H2的轉(zhuǎn)化率和CO的轉(zhuǎn)化率相等

d．體系中氣體的平均摩爾質(zhì)量不再改變

②比較A、B兩點(diǎn)壓強(qiáng)大小PA____PB（填“>”“<”或“=’’）。

③若達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)A時(shí)，容器的體積為20 L。如果反應(yīng)開始時(shí)仍充入10 mol CO和20molH2，則在平衡狀態(tài)B時(shí)容器的體積V(B）=________L。

（3）SO2在一定條件下可與氧氣構(gòu)成原電池。下圖是利用該電池在鐵表面鍍銅的裝置示意圖：

① 該電池的負(fù)極反應(yīng)：___________________；

②當(dāng)甲中消耗2.24LO2（標(biāo)準(zhǔn)狀況）時(shí)，乙中a極增重____g。

Answer 1

【答案】 CO2(g)＋3H2(g) ＝CH3OH(g)＋H2O(g)　 ΔH＝－50 kJ/mol ac ＜ 4 SO2－2e－+2H2O＝4H＋＋SO42- 12.8

【解析】（1）①H2(g)+1/2O2(g)=H2O (g) △H1=—242kJ/mol ，②CH3OH+3/2O2(g) =CO2(g)+2H2O △H2=—676kJ/mol，將方程式3①-②得CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）△H=3×（-242kJ/mol）-（-676kJ/mol）=-50kJ/mol；CO2與H2反應(yīng)生成CH3OH(g)與H2O (g)的熱化學(xué)方程式：CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）△H=-50kJ/mol

（2）①a. H2的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍，說明正逆反應(yīng)速率相等，但方向相同，則不能說明達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，a選；

b．H2的體積分?jǐn)?shù)不再改變，說明H2 的濃度不再改變，說明達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，b不選；

c．體系中H2的轉(zhuǎn)化率和CO的轉(zhuǎn)化率相等，不能說明達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，c選；

d．由于該反應(yīng)是個(gè)反應(yīng)前后氣體體積不等的反應(yīng)，如果反應(yīng)未達(dá)到平衡，則氣體的物質(zhì)的量就會(huì)發(fā)生改變，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量也就會(huì)隨著改變。若容器中混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變，則氣體的物質(zhì)的量不變。故反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。d不選。所以選ac。

②T1時(shí)，由A到B，CO的平衡轉(zhuǎn)化率增大，平衡正向移動(dòng)，向體積減小的方向移動(dòng)，故A、B兩點(diǎn)壓強(qiáng)大小PA<PB。

③若密閉容器中充入10 mol CO 和20 molH2，當(dāng)達(dá)到平衡狀態(tài)A 時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率為0.5，此時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量為CO為5mol；H2為10mol; CH3OH為5mol。n(氣體)=20mol,容器的體積為20 L。如反應(yīng)開始時(shí)仍充入10mol CO 和20mol H2，在達(dá)到平衡狀態(tài)B時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為0.8，則此時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量為CO為2mol,H2為4mol, CH3OH為8mol。n(氣體)=14mol。由于A、B是在相同溫度下程度的。所以化學(xué)平衡常數(shù)不變?cè)O(shè)第二次達(dá)到平衡時(shí)容器的體積為V。則，解得v=4（L）

（3）①甲池為原電池，是燃料電池，SO2作為負(fù)極材料，失去電子，電極反應(yīng)式為：SO2－2e－+2H2O＝4H＋＋SO42- ，正極為O2，燃料電池中正極反應(yīng)為O2+2H++4e-=2H2O，②乙池是電解池，a極接燃料電池的負(fù)極，故a極為電解池陰極，Cu2+放電，電極反應(yīng)式：Cu2+ +2 e- = Cu，根據(jù)O2+2H++4e-=2H2O，Cu2+ +2 e- = Cu，可得O2－4e-－2Cu，得甲中消耗2.24LO2（標(biāo)準(zhǔn)狀況），即0.1mol時(shí)，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為4mol，乙中a極析出Cu為增重12.8g。