Question

15．研究NO₂、SO₂、CO等大氣污染氣體的處理及利用的方法具有重要意義．
（1）①已知：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1
請寫出NO₂與SO₂反應生成SO₃（g）和NO的熱化學方程式NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H=-41.8kJ•mol^-1．
②一定條件下，將NO₂與SO₂以體積比1：2置于2L密閉容器中發(fā)生上述反應，下列能說明反應達到平衡狀態(tài)的是bd．
a．體系壓強保持不變                b．混合氣體顏色保持不變
c．SO₃和NO的體積比保持不變        d．每消耗1mol SO₂的同時生成1molNO₂
（2）工業(yè)上一般以CO和H₂為原料合成甲醇，該反應的熱化學方程式為：CO （ g ）+2H₂ （ g ）?CH₃OH （ g ）△H=-116kJ/mol一定條件下在2L密閉容器中，將1mol CO與3mol H₂的混合氣體在催化劑作用下發(fā)生反應生成甲醇．
①2min時測得生成CH₃OH 0.2mol，則0～2min的平均反應速率v（H₂）=0.1mol•L^-1•min^-1．
②反應5min后達到平衡，若平衡后將容器的容積壓縮到原來的$\frac{1}{2}$，其他條件不變，對平衡體系產生的影響是cd （填字母序號）．
a．c（H₂）減少                            b．正反應速率加快，逆反應速率減慢
c．CH₃OH 的物質的量增加                 d．重新平衡$\frac{c（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）}$減小
（3）在密閉容器中充有1mol CO與2mol H₂，在催化劑作用下反應生成甲醇，CO的轉化率（α）與溫度（T）、壓強（P） 的關系如圖1示．
①A、C兩點都表示達到的平衡狀態(tài)，則自反應開始到達平衡狀態(tài)所需的時間t_A＞t_C（填“＞”、“＜”或“=”）．
②若A點時容器的體積為1L，則該溫度下B的平衡常數K_B=1，C點的平衡常數K_C＜K_B（填“＜”、“＞”或“=”）．
（4）圖2MCFC燃料電池，它是以水煤氣（CO、H₂）為燃料，一定比例Li₂CO₃和Na₂CO₃共熔混合物為電解質．A為電池的負極（選填“正”或“負”），寫出B極電極反應式O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-．

Answer 1

分析 （1）①依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到NO₂與SO₂反應生成SO₃（g）和NO的熱化學方程式；
②a．隨反應：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的進行，氣體的總的物質的量不變，壓強不變．
b．混合氣體顏色保持不變，說明二氧化氮的濃度不變．
c．化學方程式分析可知隨反應進行NO和SO₃的物質的量之比不變；
d．每消耗1mol SO₂的同時生成1mol NO₂表示正逆反應速率相同；
（2）①2min時測得生成CH₃OH 0.2mol，依據反應速率概念計算得到甲醇的反應速率，反應速率之比等于化學方程式計量數之比計算得到氫氣表示的反應速率；
②平衡后將容器的容積壓縮到原來的$\frac{1}{2}$，壓強增大，正、逆反應速率都增大，但正反應速率增大更多，平衡向正反應方向移動，生成物的濃度增大，由于溫度不變，則平衡常數不變，結合平衡常數可知，平衡時反應物各組分的濃度都增大，據此分析解答；
（3）①溫度越高反應速率越快所需時間越短．
②溫度不變，平衡常數不變，根據A點溫度下的轉化率求平衡時各種物質的濃度；
（4）碳酸鹽燃料電池中通氧氣的電極一定為正極，通入燃料的電極A一定為負極，氧氣在B電極上發(fā)生還原反應，根據圖知，A電極上失電子發(fā)生氧化反應生成水和二氧化碳；B電極上氧氣得到電子和二氧化碳生成碳酸根離子．

解答 解：（1）①已知：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1 ①
2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1 ②
依據蓋斯定律計算①-②得到NO₂與SO₂反應生成SO₃（g）和NO的熱化學方程式NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H=-41.8 kJ•mol^-1，
故答案為：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H=-41.8 kJ•mol^-1；
②a．隨反應進行，氣體的物質的量不變，壓強不變，體系壓強保持不變，不能說明到達平衡狀態(tài)，故a錯誤；
b．混合氣體顏色保持不變，說明二氧化氮的濃度不變，說明到達平衡狀態(tài)，故b正確；
c．隨反應進行NO和SO₃的物質的量之比不發(fā)生變化，物質的量之比保持不變，反應自始至終都按此比例進行，不能說明到達平衡狀態(tài)，故c錯誤；
d．每消耗1mol SO₂的同時生成1mol NO₂都表示正逆反應速率相同，故d正確；
故答案為：bd；
（2）①2min時測得生成CH₃OH 0.2mol，V（CH₃OH）=$\frac{\frac{0.2mol}{2L}}{2min}$=0.05mol/L•min，反應速率之比等于化學方程式計量數之比，則0～2min的平均反應速率v（H₂）=2V（CH₃OH）=2×0.05mol/L•min=0.1mol•L^-1•min^-1，
故答案為：0.1mol•L^-1•min^-1；
②a．平衡后將容器的容積壓縮到原來的$\frac{1}{2}$，壓強增大，平衡向正反應方向移動，生成物的濃度增大，由于平衡常數不變，結合平衡常數可知，平衡時反應物各組分的濃度都增大，故a錯誤；
b．壓強增大，正、逆反應速率都增大，但正反應速率增大更多，故b錯誤；
c．壓強增大，平衡向正反應方向移動，CH₃OH 的物質的量增加，故c正確；
d．壓強增大，平衡向正反應方向移動，氫氣的物質的量減小、甲醇的物質的量增大，故重新平衡$\frac{c（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）}$減小，故d正確；
故答案為：cd；
（3）①由圖可知A點低于C的溫度，溫度越高反應速率越快所需時間越短，所以t_A＞t_C，故答案為：＞；
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
初起濃度  1mol/L      2mol/L       0
變化量   0.5mol/L     1mol/L     0.5mol/L
平衡量   0.5mol/L     1mol/L     0.5mol/L
故K=$\frac{0.5mol/L}{0.5mol/L×（1mol/L）^{2}}$=1L²mol^-2，
圖象可知BC點是不同溫度下的平衡，溫度升高CO的轉化率減小，說明正反應為放熱反應，升溫平衡逆向進行，平衡常數減小，則K_C＜K_B，
故答案為：1；＜；
（4）根據圖知，A電極上失電子發(fā)生氧化反應生成水和二氧化碳，所以A是負極，B電極上氧氣得到電子和二氧化碳生成碳酸根離子，電極反應式為O₂+4e^-+2CO₂═2CO₃^2-；
故答案為：負；O₂+4e^-+2CO₂═2CO₃^2-．

點評 本題考查熱化學方程式書寫、化學平衡圖象、影響化學平衡因素、平衡常數與反應速率計算、原電池原理等，掌握基礎是解本題的關鍵，題目難度中等．