Question

13．CO₂、SO₂、NO_x是對環(huán)境影響較大的氣體，控制和治理CO₂、SO₂、NO_x是解決溫室效應(yīng)、減少酸雨和光化學(xué)煙霧的有效途徑．
（1）圖1是在101kPa，298K條件下1mol NO₂和1mol CO反應(yīng)生成1mol CO₂和1mol NO過程中能量變化示意圖．

已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO （g）△H=179.5kJ•mol^-1
②2NO （g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=^-112.3kJ•mol^-1
請寫出NO與CO反應(yīng)生成無污染氣體的熱化學(xué)方程式：2NO （g）+2CO （g）=N₂（g）+2 CO₂（g）△H=-759.8 kJ•mol^-1．
（2）工業(yè)上正在研究利用CO₂來生產(chǎn)甲醇燃料的方法，該方法的化學(xué)方程式是：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=^-49.0kJ•mol^-1
某科學(xué)實驗小組將6mol CO₂和8mol H₂充入一容積為2L的密閉容器中（溫度保持不變），測得H₂的物質(zhì)的量隨時間變化如圖2中實線所示（圖中字母后的數(shù)字表示對應(yīng)的坐標(biāo)）．
①該反應(yīng)在0～8min內(nèi)CO₂的平均反應(yīng)速率是0.125mol/（L•min）；
②該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為：K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
③僅改變某一條件再進行實驗，測得H₂的物質(zhì)的量隨時間變化如圖中虛線所示．與實線相比，曲線Ⅰ改變的條件可能是升高溫度，曲線Ⅱ改變的條件可能是增大壓強．若實線對應(yīng)條件下平衡常數(shù)為K，曲線Ⅰ對應(yīng)條件下平衡常數(shù)為K₁，曲線Ⅱ?qū)��?yīng)條件下平衡常數(shù)為K₂，則K、K₁和K₂的大小關(guān)系是K₁＜K=K₂；
（3）有學(xué)者設(shè)想以如圖3所示裝置用電化學(xué)原理將他們轉(zhuǎn)化為重要化工原料．請回答：
①若A為SO₂，B為O₂，C為H₂SO₄，則負極反應(yīng)式SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-；
②若A為CO₂，B為H₂，C為CH₃OH，則正極反應(yīng)式CO₂+6H⁺+6e^-=CH₃OH+H₂O．

Answer 1

分析 （1）NO與CO反應(yīng)生成無污染氣體，發(fā)生反應(yīng)為：2 NO+2 CO=N₂+2 CO₂，由圖可知，1mol NO₂和1mol CO反應(yīng)生成CO₂和NO放出熱量368-134=234kJ，反應(yīng)熱化學(xué)方程式為：NO₂（g）+CO（g）=NO（g）+CO₂（g）△H=-234 kJ•mol^-1，結(jié)合已知熱化學(xué)方程式，利用蓋斯定律書寫目標(biāo)熱化學(xué)方程式；
（2）①由圖可知，8min時氫氣的物質(zhì)的量為2mol，參加反應(yīng)的氫氣為8mol-2mol=6mol，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（H₂），再利用速率之比等于其化學(xué)計量數(shù)之比計算v（CO₂）；
②化學(xué)平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應(yīng)達到平衡時各生成物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積所得的比值，注意固體、純液體不需要寫出；
③曲線I反應(yīng)速率增大，但轉(zhuǎn)化的氫氣的物質(zhì)的量少，改變條件平衡向逆反應(yīng)方向移動，可能是升高溫度，因該反應(yīng)放熱，升高溫度平衡逆向移動；
曲線Ⅱ反應(yīng)速率增大，轉(zhuǎn)化的氫氣的物質(zhì)的量多，平衡正向移動，可能是增大壓強；
平衡常數(shù)只受溫度的影響，該反應(yīng)放熱，升高溫度平衡逆向移動，平衡常數(shù)減小；
（3）①反應(yīng)本質(zhì)是：SO₂+O₂+H₂O=H₂SO₄，負極發(fā)生氧化反應(yīng)，二氧化硫在負極失去電子與水生成硫酸根、氫離子；
②正極發(fā)生還原反應(yīng)，通入的二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇，由電荷守恒可知，應(yīng)有氫離子參加反應(yīng)．

解答 解：（1）NO與CO反應(yīng)生成無污染氣體，發(fā)生反應(yīng)為：2 NO+2 CO=N₂+2 CO₂，
已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO （g）△H=179.5kJ•mol^-1
②2NO （g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-112.3kJ•mol^-1
由圖可知，1mol NO₂和1mol CO反應(yīng)生成CO₂和NO放出熱量368-134=234kJ，該反應(yīng)熱化學(xué)方程式為③NO₂（g）+CO（g）=NO（g）+CO₂（g）△H=-234 kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律可知，③×2+②-①得：2 NO （g）+2 CO （g）=N₂（g）+2 CO₂（g）△H=-759.8 kJ•mol^-1，
故答案為：2 NO （g）+2 CO （g）=N₂（g）+2 CO₂（g）△H=-759.8 kJ•mol^-1；
（2）①由圖可知，8min時氫氣的物質(zhì)的量為2mol，參加反應(yīng)的氫氣為8mol-2mol=6mol，故v（H₂）=$\frac{\frac{6mol}{2L}}{8min}$=0.375mol/（L•min），速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，故v（CO₂）=$\frac{1}{3}$v（H₂）=$\frac{1}{3}$×0.375mol/（L•min）=0.125mol/（L•min），
故答案為：0.125mol/（L•min）；
②反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$，故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
③曲線I反應(yīng)速率增大，但轉(zhuǎn)化的氫氣的物質(zhì)的量少，可能是升高溫度，因該反應(yīng)放熱，升高溫度平衡逆向移動，不利于氫氣的轉(zhuǎn)化；
曲線Ⅱ反應(yīng)速率增大，轉(zhuǎn)化的氫氣的物質(zhì)的量多，因增大壓強平衡正向移動，故應(yīng)是增大壓強；
平衡常數(shù)只受溫度的影響，該反應(yīng)放熱，升高溫度平衡逆向移動，平衡常數(shù)減小，故溫度越高平衡常數(shù)越小，曲線Ⅰ溫度最高，實線和曲線Ⅱ溫度相同，故K₁＜K=K₂，
故答案為：升高溫度； 增大壓強；K₁＜K=K₂；
（3）①反應(yīng)本質(zhì)是：SO₂+O₂+H₂O=H₂SO₄，負極發(fā)生氧化反應(yīng)，二氧化硫在負極失去電子與水生成硫酸根、氫離子，負極電極反應(yīng)式為：SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-，
故答案為：SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-；
②正極發(fā)生還原反應(yīng)，通入的二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇，由電荷守恒可知，應(yīng)有氫離子參加反應(yīng)，正極電極反應(yīng)式為：CO₂+6H⁺+6e^-=CH₃OH+H₂O，
故答案為：CO₂+6H⁺+6e^-=CH₃OH+H₂O．

點評 本題屬于拼合型題目，涉及熱化學(xué)方程式書寫、化學(xué)反應(yīng)速率計算、化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)平衡圖象、原電池等，是對學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生熟練掌握基礎(chǔ)知識，難度中等．