Question

16．“低碳生活”既是時尚，也是環(huán)保要求．目前碳及其化合物的綜合利用已成為科學(xué)家研究的重要課題．
（1）在汽車排放氣裝置中安裝一個凈化器可以有效地處理汽車有毒尾氣．
如：CO（g）+HO₂（g）═NO（g）+CO₂（g）△H=-akJ•mol^-1（a＞0）
2CO（g）+2NO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H=-bkJ•mol^-1（b＞0）
則用標(biāo)準(zhǔn)狀況下的4.48L CO還原NO₂至N₂（CO完全反應(yīng)）的整個過程中放出的熱量為（0.1a+0.05b）kJ（用含a和b的代數(shù)式表示）．
（2）高溫時，用CO還原MgSO₄可制備高純MgO．
①750℃時，測得氣體中含等物質(zhì)的量SO₂和SO₃，此時反應(yīng)的化學(xué)方程式是2MgSO₄+CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2MgO+CO₂+SO₂+SO₃．
②由MgO可制成“鎂一次氯酸鹽”燃料電池，其裝置示意圖如圖（a）所示，該電池反應(yīng)的離子方程式為Mg+ClO^-+H₂O=Cl^-+Mg（OH）₂
（3）二氧化碳合成甲醇是碳減排的新方向，將CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇的熱化學(xué)方程式為：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H
取兩份等體積CO₂和H₂的混合氣體（物質(zhì)的量之比均為1：3），分別加入溫度不同、容積相同的Ⅰ、Ⅱ兩個恒容密閉容器，發(fā)生上述反應(yīng)．
①若測得連個容器中CH₃OH的物質(zhì)的量隨時間變化如圖（b）所示，則該反應(yīng)的△H＜0（填“＞”“＜”或“=”．下一問相同）．曲線Ⅰ、Ⅱ?qū)��?yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為K_Ⅰ＞K_Ⅱ（填“＞”“＜”或“=”）．
②若350℃時，測得其中某個容器中反應(yīng)達(dá)到平衡后，CO₂轉(zhuǎn)化率為a，則容器內(nèi)的壓強(qiáng)與起始壓強(qiáng)之比為$\frac{（2-a）}{2}$．

Answer 1

分析 （1）已知：①CO（g）+NO₂（g）═NO（g）+CO₂（g）△H=-akJ•mol^-1（a＞0）
②2CO（g）+2NO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H=-bkJ•mol^-1（b＞0）
根據(jù)蓋斯定律，①×2+②可得：4CO（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+4CO₂（g）△H=-（2a+b）kJ•mol^-1，再根據(jù)CO物質(zhì)的量計算放出的熱量；
（2）①750℃時，CO還原MgSO₄制備高純MgO，測得氣體中含等物質(zhì)的量SO₂和SO₃，CO中碳元素化合價升高被氧化為二氧化碳；
②由原電池裝置示意圖可知，負(fù)極是Mg失去電子與氫氧根離子生成氫氧化鎂，正極是次氯酸根獲得電子，在水參與下得到氯離子、氫氧根離子，整個過程為Mg、ClO、H₂O反應(yīng)得到Cl^-與Mg（OH）₂；
（3）①由圖可知，容器Ⅱ先到達(dá)平衡，故容器Ⅱ中溫度較高，而平衡時甲醇的物質(zhì)的量比容器I中小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，平衡常數(shù)減小；
②令起始加入1molCO₂、3molH₂，若350℃時，測得其中某個容器中反應(yīng)達(dá)到平衡后，CO₂轉(zhuǎn)化率為a，則轉(zhuǎn)化的二氧化碳為amol，計算平衡時混合氣體總物質(zhì)的量，恒溫恒容下，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比．

解答 解：（1）已知：①CO（g）+NO₂（g）═NO（g）+CO₂（g）△H=-akJ•mol^-1（a＞0）
②2CO（g）+2NO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H=-bkJ•mol^-1（b＞0）
根據(jù)蓋斯定律，①×2+②可得：4CO（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+4CO₂（g）△H=-（2a+b）kJ•mol^-1，
標(biāo)況下4.48L CO為$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，完全反應(yīng)放出的熱量為（2a+b）kJ×$\frac{0.2mol}{4mol}$=（0.1a+0.05b）kJ，
故答案為：（0.1a+0.05b）；
（2）①750℃時，CO還原MgSO₄制備高純MgO，測得氣體中含等物質(zhì)的量SO₂和SO₃，CO中碳元素化合價升高被氧化為二氧化碳，配平后方程式為：2MgSO₄+CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2MgO+CO₂+SO₂+SO₃，
故答案為：2MgSO₄+CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2MgO+CO₂+SO₂+SO₃；
②由原電池裝置示意圖可知，負(fù)極是Mg失去電子與氫氧根離子生成氫氧化鎂，正極是次氯酸根獲得電子，在水參與下得到氯離子、氫氧根離子，整個過程為Mg、ClO、H₂O反應(yīng)得到Cl^-與Mg（OH）₂，該電池反應(yīng)的離子方程式為：Mg+ClO^-+H₂O=Cl^-+Mg（OH）₂，
故答案為：Mg+ClO^-+H₂O=Cl^-+Mg（OH）₂；
（3）①由圖可知，容器Ⅱ先到達(dá)平衡，故容器Ⅱ中溫度較高，而平衡時甲醇的物質(zhì)的量比容器I中小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡常數(shù)減小，故△H＜0，K_Ⅰ＞K_Ⅱ，
故答案為：＜；＞；
②令起始加入1molCO₂、3molH₂，若350℃時，測得其中某個容器中反應(yīng)達(dá)到平衡后，CO₂轉(zhuǎn)化率為a，則轉(zhuǎn)化的二氧化碳為amol，則：
           CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol）：1       3        0         0
變化量（mol）：a       3a       a         a
平衡量（mol）：1-a     3-3a     a         a
恒溫恒容下，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，則容器內(nèi)的壓強(qiáng)與起始壓強(qiáng)之比為（1-a+3-3a+a+a）：（1+3）=$\frac{（2-a）}{2}$，
故答案為：$\frac{（2-a）}{2}$．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡計算及影響因素、平衡常數(shù)、反應(yīng)熱計算、原電池等，是對學(xué)生綜合能力考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與分析解決問題能力，難度中等．