Question

運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理知識(shí)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）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.5kJ?mol^-1；
CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1；
H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ?mol^-1；
則CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=

 

kJ?mol^-1．
（2）下列措施中能夠增大上述合成甲醇反應(yīng)的反應(yīng)速率的是

 

（填寫(xiě)序號(hào)）．
a．使用高效催化劑；b．降低反應(yīng)溫度；c．增大體系壓強(qiáng)；d．不斷將CH₃OH從反應(yīng)混合物中分離出來(lái)
（3）在一定壓強(qiáng)下，容積為VL的容器中充入a mol CO與2a mol H₂，在催化劑作用下反應(yīng)生成甲醛，平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖1所示．

①P₁

 

P₂（填“大于”、“小于”或“等于”）；
②100℃時(shí)，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=

 

（mol?L^-1）^-2；
③在其它條件不變的情況下，再增加a mol CO和2a mol H₂，達(dá)到新平衡時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率

 

（填“增大”、“減小”、或“不變”）
（4）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(lái)制備硫酸，該電池用多孔材料作電極，它能吸附氣體，同時(shí)也能使氣體與電解質(zhì)溶液充分接觸．請(qǐng)寫(xiě)出該電池的負(fù)極的電極反應(yīng)式

 

．
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．電解原理示意圖如圖2所示．請(qǐng)寫(xiě)出開(kāi)始時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)的電極反應(yīng)式

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素,化學(xué)平衡的計(jì)算

專題：氧化還原反應(yīng)專題,化學(xué)平衡專題

分析：（1）依據(jù)蓋斯定律和熱化學(xué)方程式計(jì)算得到；
（2）考慮影響反應(yīng)速率的因素；
（3）①由圖1可知，溫度相同時(shí)，在壓強(qiáng)為P₂時(shí)平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率高，由反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）可知壓強(qiáng)越大，越有利于平衡向正反應(yīng)進(jìn)行；
②由圖1可知，在P₁壓強(qiáng)下，100℃時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率為0.5，據(jù)此計(jì)算CO的濃度變化量，根據(jù)三段式計(jì)算平衡時(shí)各組分的平衡濃度，計(jì)算合成甲醇的化學(xué)平衡常數(shù)；
③在其它條件不變的情況下，再增加a molCO與2amolH₂，等效為增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率增大；
（4）①反應(yīng)原理為二氧化硫、氧氣和水反應(yīng)生成硫酸，根據(jù)化合價(jià)變化判斷負(fù)極物質(zhì)，寫(xiě)出負(fù)極反應(yīng)式；
②根據(jù)化合價(jià)變化判斷陽(yáng)極反應(yīng)物質(zhì)，寫(xiě)出陽(yáng)極反應(yīng)式．

解答： 解：（1）用CO可以合成甲醇．已知：
①CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.5kJ?mol^-1；
②CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1；
③H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ?mol^-1；
由蓋斯定律可知，②+③×2-①得到CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
△H=-283.0kJ/mol-285.8kJ/mol×2+764.5kJ/mol=-90.1kJ/mol，故答案為：90.1；
（2）溫度越高、壓強(qiáng)越大，使用催化劑都可使反應(yīng)速率增大，降低溫度反應(yīng)速率減慢，從體系中分離出甲醇，相當(dāng)于減少濃度，反應(yīng)速率減慢，
故答案為：ac；
（3））①由圖1可知，溫度相同時(shí)，在壓強(qiáng)為P₂時(shí)平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率高，由反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）可知壓強(qiáng)越大，
越有利于平衡向正反應(yīng)進(jìn)行，故壓強(qiáng)P₁＜P₂，
故答案為：小于；
②由于平衡常數(shù)與壓強(qiáng)沒(méi)有關(guān)系，所以根據(jù)圖象可知，在100℃P₁時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率是0.5，則
CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）
起始濃度（mol/L）

a

V

      

2a

V

           0
轉(zhuǎn)化濃度（mol/L）

a

2V

      

a

V

          

a

2V

 
平衡濃度（mol/L）

a

2V

      

a

V

          

a

2V

所以平衡常數(shù)K=

a 2V

a 2V ×( a V )2

=(

V

a

)2，
故答案為：(

V

a

)2；
③在其它條件不變的情況下，再增加a molCO與2amolH₂，等效為增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率增大，
故答案為：增大；
（4））①該原電池中，負(fù)極上失電子被氧化，二氧化硫到硫酸，硫的化合價(jià)升高，所以負(fù)極上投放的氣體是二氧化硫，二氧化硫失電子和水反應(yīng)生成硫酸根離子和氫離子，所以負(fù)極上的電極反應(yīng)式為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；
②電解池中陽(yáng)極和電源正極相連，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，電解NaHSO₃溶液可制得硫酸，硫的化合價(jià)升高，所以陽(yáng)極是HSO₃^-溶液失去電子被氧化生成SO₄^2-，則陽(yáng)極電極反應(yīng)式是：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺，
故答案為：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺．

點(diǎn)評(píng)：本題考查影響平衡的因素、化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)平衡圖象、反應(yīng)熱的計(jì)算、電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)等，難度中等，從化合價(jià)角度判斷電極發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)時(shí)關(guān)鍵．