Question

實(shí)施以減少能源浪費(fèi)和降低廢氣排放為基本內(nèi)容的節(jié)能減排政策，是應(yīng)對(duì)全球氣候問題、建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的必然選擇．化工行業(yè)的發(fā)展必須符合國(guó)家節(jié)能減排的總體要求，依靠理論知識(shí)做基礎(chǔ)．試運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，解決下列問題：

（1）已知某反應(yīng)的平衡表達(dá)式為：K=

c(H2)?c(CO)

c(H2O)

，它所對(duì)應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)為：

 

．
（2）利用水煤氣合成二甲醚的三步反應(yīng)如下：
①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）；△H=-90.8kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）；△H=-23.5kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）；△H=-41.3kJ?mol^-1
總反應(yīng)：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的△H=

 

；二甲醚（CH₃OCH₃）直接作燃料電池具有啟動(dòng)快，效率高等優(yōu)點(diǎn)，若電解質(zhì)為酸性，該電池的負(fù)極反應(yīng)為

 

．
（3）煤化工通常通過研究不同溫度下平衡常數(shù)以解決各種實(shí)際問題．已知等體積的一氧化碳和水蒸氣進(jìn)入反應(yīng)器時(shí)，會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），該反應(yīng)平衡常數(shù)隨溫度的變化如下表所示：

溫度/℃	400	500	800
平衡常數(shù)K	9.94	9	1

該反應(yīng)的正反應(yīng)方向是

 

反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”），若在500℃時(shí)進(jìn)行，設(shè)起始時(shí)CO和H₂O的起始濃度均為0.020mol/L，在該條件下，CO的平衡轉(zhuǎn)化率為：

 

．
（4）從氨催化氧化可以制硝酸，此過程中涉及氮氧化物，如NO、NO₂、N₂O₄等．對(duì)反應(yīng)N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H＞0，在溫度為T₁、T₂時(shí)，平衡體系中NO₂的體積分?jǐn)?shù)隨壓強(qiáng)變化曲線如圖甲所示．下列說法正確的是

 

．
A．A、C兩點(diǎn)的反應(yīng)速率：A＞C
B．A、C兩點(diǎn)氣體的顏色：A深，C淺
C．B、C兩點(diǎn)的氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量：B＜C
D．由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可以用加熱的方法
E．A、C兩點(diǎn)的化學(xué)平衡常數(shù)：A＞C
（5）NO₂可用氨水吸收生成NH₄NO₃，25℃時(shí)，將m mol NH₄NO₃溶于水，溶液顯酸性，向該溶液滴加n L氨水后溶液呈中性，則滴加氨水的過程中水的電離平衡將

 

（填”正向”“不”或“逆向”）移動(dòng)，所滴加氨水的濃度為

 

mol?L^-1．（NH₃H₂O的電離平衡常數(shù)取K_b=2×10^-5mol?L^-1）
（6）某科研單位利用原電池原理，用SO₂和O₂來制備硫酸，裝置如圖乙所示，電極為多孔的材料能吸附氣體，同時(shí)也能使氣體與電解質(zhì)溶液充分接觸．
①溶液中H⁺的移動(dòng)方向由

 

 極到

 

極；（用A、B表示）
②B電極的電極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的影響因素,熱化學(xué)方程式,化學(xué)電源新型電池,弱電解質(zhì)在水溶液中的電離平衡

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)平衡常數(shù)的定義判斷反應(yīng)的方程式；
（2）根據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式；依據(jù)燃料電池在酸性溶液中反應(yīng)原理，燃料做負(fù)極失電子生成二氧化碳，結(jié)合電荷守恒書寫電極反應(yīng)；
（3）溫度升高K值減小，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；令CO的濃度變化為c，用三段式表示出各物質(zhì)變化的濃度、平衡時(shí)的濃度，再根據(jù)平衡常數(shù)計(jì)算；
（4）從平衡移動(dòng)的角度分析各物理量的變化；
（5）依據(jù)銨根離子水解分析回答；依據(jù)同粒子效應(yīng)，一水合氨對(duì)銨根離子水解起到抑制作用；依據(jù)一水合氨的電離平衡常數(shù)計(jì)算得到氨水濃度；
（6）本題為SO₂與O₂反應(yīng)生成SO₃，SO₃再與水化合生成硫酸，根據(jù)硫酸的出口判斷正負(fù)極，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，原電池放電時(shí)，電解質(zhì)溶液中陽(yáng)離子向正極移動(dòng)．

解答： 解：（1）平衡常數(shù)為生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積，平衡常數(shù)中，分子為生成物，分母為反應(yīng)物，再結(jié)合質(zhì)量守恒定律，所以該反應(yīng)的方程式為C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），故答案為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）；
（2）①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）；△H=-90.8kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）；△H=-23.5kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）；△H=-41.3kJ?mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計(jì)算①×2+②+③得到總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.4KJ/mol；
二甲醚（CH₃OCH₃）直接作燃料電池具有啟動(dòng)快，效率高等優(yōu)點(diǎn)，若電解質(zhì)為酸性，該電池的負(fù)極反應(yīng)為二甲醚失電子生成二氧化碳，電極反應(yīng)為：CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺；
故答案為：-246.4KJ/mol；CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺；
（3）溫度升高K值減小，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
對(duì)于反應(yīng)      CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
開始（mol/L）：0.02   0.02      0       0
變化（mol/L）：c      c         c       c
平衡（mol/L）：0.02-c  0.02-c    c      c
所以

c×c

(0.02-c)(0.02-c)

=9，解得c=0.015，
所以CO的轉(zhuǎn)化率為

0.015mol/L

0.02mol/L

×100%=75%，
故答案為：放熱；75%；
（4）對(duì)反應(yīng)N₂O₄（g）?2NO₂（g），在溫度為T₁、T₂時(shí)，平衡體系中NO₂的體積分?jǐn)?shù)隨壓強(qiáng)變化曲線如圖2所示．則
A．A點(diǎn)壓強(qiáng)小于C點(diǎn)的壓強(qiáng)，壓強(qiáng)越大，反應(yīng)速率越大，則反應(yīng)速率：A＜C，故A錯(cuò)誤；
B．增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，但濃度的增大幅度大于轉(zhuǎn)化的程度，所以C點(diǎn)濃度大，顏色深，故B錯(cuò)誤；
C．B、C兩點(diǎn)二氧化氮的體積分?jǐn)?shù)相同，則混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量相同，故C錯(cuò)誤；
D．在相同壓強(qiáng)下，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則二氧化氮的體積分?jǐn)?shù)增大，所以由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可以用加熱的方法，故D正確；
E．A、C兩點(diǎn)的化學(xué)平衡常數(shù)，溫度相同，平衡常數(shù)相等，故E錯(cuò)誤；
故答案為：D；
（5）NO₂可用氨水吸收生成NH₄NO₃．25℃時(shí)，將a mol NH₄NO₃溶于水，溶液顯酸性，是因?yàn)殇@根離子水解；反應(yīng)的離子方程式為：NH₄⁺+H₂O?NH₃?H₂O+H⁺；加入氨水溶液抑制銨根離子水解，平衡逆向進(jìn)行；將a mol NH₄NO₃溶于水，向該溶液滴加b L 氨水后溶液呈中性，依據(jù)電荷守恒計(jì)算可知，溶液中氫氧根離子濃度=10^-7mol/L，c（NH₄⁺）=c（NO₃^-）；NH₃?H₂O的電離平衡常數(shù)取K_b=2×10^-5 mol?L^-1，設(shè)混合后溶液體積為1L，（NH₄⁺）=c（NO₃^-）=amol/L；根據(jù)一水合氨電離平衡得到：NH₃?H₂O?NH₄⁺+OH^-，平衡常數(shù)K=

c(NH4+)c(OH-)

c(NH3?H2O)

=

amol/L×10-7mol/L

bL×c(NH3?H2O)mol/L

=2×10^-5 mol?L^-1，計(jì)算得到c（NH₃?H₂O）=

a

200b

mol/L，
故答案為：逆向；

a

200b

；
（6）該原電池中，負(fù)極上失電子被氧化，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，正極上投放的氣體是氧氣，正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水，根據(jù)硫酸和水的出口方向知，B極是負(fù)極，A極是正極，所以B極上的電極反應(yīng)式為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，原電池放電時(shí)，氫離子由負(fù)極B移向正極A，所以其電池反應(yīng)式為：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，
故答案為：B；A；SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺．

點(diǎn)評(píng)：本題考查化學(xué)平衡常數(shù)、平衡移動(dòng)相關(guān)計(jì)算、原電池原理應(yīng)用、鹽類水解判斷、弱電解質(zhì)電離平衡分析應(yīng)用等，題目較為綜合，涉及多方面的知識(shí)，難度中等，本題中注意把握?qǐng)D象分析方法、原電池電極反應(yīng)的書寫應(yīng)用．