Question

11．研究NO₂、SO₂、CO 等大氣污染氣體的處理具有重要意義．

（1）NO₂可用水吸收，相應(yīng)的化學(xué)方程式為3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO．利用反應(yīng)6NO₂+8NH₃ $?_{△}^{催化劑}$7N₂+12H₂O也可以處理NO₂．當(dāng)轉(zhuǎn)移1.2mol電子時，消耗的NO₂在標(biāo)準(zhǔn)狀況下是67.2L．
（2）已知：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
2NO （g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1
則反應(yīng)NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO （g） 的△H=-41.8kJ•mol^-1，一定條件下，將NO₂與SO₂以體積比1：2置于密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，下列能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的是b．
a．體系壓強保持不變              b．混合氣體顏色保持不變
c．SO₃與NO的體積比保持不變     d．每消耗1mol SO₃的同時生成1mol NO₂
測得上述反應(yīng)平衡時的NO₂與SO₂體積比為1：6，則平衡常數(shù)K=$\frac{8}{3}$．
（3）CO可用于合成甲醇，反應(yīng)方程式為CO （g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）．
①CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強的關(guān)系如圖1所示．該反應(yīng)△H＜0（填“＞”或“＜”）．實際生產(chǎn)條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強的理由是在1.3×10⁴kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加得不償失．
②甲醇燃料電池（簡稱DMFC）由于結(jié)構(gòu)簡單、能量轉(zhuǎn)化率高、對環(huán)境無污染，可作為常規(guī)能源的替代品而越來越受到關(guān)注．DMFC工作原理如圖2所示：通入a氣體的電極是原電池的負極（填“正”或“負”），其電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)物質(zhì)與水的反應(yīng)物與生成物來書寫化學(xué)反應(yīng)方程式，再利用氧化還原反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移計算，然后計算標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體的體積；
（2）根據(jù)蓋斯定律來計算化學(xué)反應(yīng)的焓變；根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征：逆、定、動、變、等來判斷化學(xué)反應(yīng)是否達到平衡；化學(xué)平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，由此衍生的一些物理量也不變，計算平衡時各物質(zhì)的濃度，可計算平衡常數(shù)；
（3）①從橫坐標(biāo)上一點，畫一條平行于縱坐標(biāo)的虛線，看相同壓強下不同溫度時CO的平衡轉(zhuǎn)化率，溫度越低轉(zhuǎn)化率越低，說明，升溫時平衡向逆向移動；
②根據(jù)圖知，交換膜是質(zhì)子交換膜，則電解質(zhì)溶液呈酸性，根據(jù)氫離子移動方向知，通入a的電極為負極、通入b的電極為正極，負極上甲醇失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上是氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，酸性溶液中生成水．

解答 解：（1）NO₂與H₂O反應(yīng)的方程式為：3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO；6NO₂+8NH₃═7N₂+12H₂O，當(dāng)反應(yīng)中有1 mol NO₂參加反應(yīng)時，共轉(zhuǎn)移了4 mol電子，故轉(zhuǎn)移12mol電子時，消耗的NO₂為12÷4×22.4L=67.2L，
故答案為：3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO；67.2；
（2）根據(jù)蓋斯定律，將第二個方程式顛倒過來，與第一個方程式相加得：2NO₂+2SO₂═2SO₃+2NO，△H=-83.6 kJ•mol^-1，則NO₂+SO₂?SO₃+NO△H=-41.8 kJ•mol^-1；
a．本反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，故體系的壓強保持不變，故a不能說明反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)，a錯誤；
b．隨著反應(yīng)的進行，NO₂的濃度減小，顏色變淺，故b可以說明反應(yīng)已達平衡，故b正確；
c．SO₃和NO都是生成物，比例保持1：1，故c不能作為平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)，故c錯誤；
d．d中所述的兩個速率都是逆反應(yīng)速率，不能作為平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)，故d錯誤．
故選b；
                     NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
起始物質(zhì)的體積 a             2a              0             0
轉(zhuǎn)化物質(zhì)的體積 x             x               x             x
平衡物質(zhì)的體積 a-x      2a-x              x              x
平衡時NO₂與SO₂體積比為1：6，即$\frac{a-x}{2a-x}$=$\frac{1}{6}$，故x=$\frac{4}{5}$a，故平衡常數(shù)K=$\frac{c（S{O}_{3}）•c（NO）}{c（N{O}_{2}）•c（S{O}_{2}）}$=$\frac{{x}^{2}}{（a-x）（2a-x）}$=$\frac{（\frac{4}{5}a）^{2}}{\frac{1}{5}a×\frac{6}{5}a}$=$\frac{8}{3}$，
故答案為：-41.8；b；$\frac{8}{3}$；
（3）①從橫坐標(biāo)上一點0.5處，畫一條平行于縱坐標(biāo)的虛線，看相同壓強下不同溫度時CO的平衡轉(zhuǎn)化率，溫度越高轉(zhuǎn)化率越低，說明，升溫時平衡向逆向移動．
第二問：實際生產(chǎn)條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強的理由是工業(yè)生產(chǎn)要考慮速經(jīng)濟效益，要考慮速度和效率，壓強越大需要的條件越高，花費越大．
故答案為：＜；在1.3×10⁴kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加得不償失；
②根據(jù)圖知，交換膜是質(zhì)子交換膜，則電解質(zhì)溶液呈酸性，根據(jù)氫離子移動方向知，通入a的電極為負極、通入b的電極為正極，負極上甲醇失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，負極反應(yīng)式為 CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，
故答案為：負；O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O．

點評 本題以NO₂、SO₂、CO等物質(zhì)為載體，綜合考查化學(xué)方程式的書寫和氧化還原反應(yīng)，及平衡常數(shù)的計算等問題，側(cè)重于學(xué)生綜合運用化學(xué)知識的能力的考查，題目難度中等．