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．試運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，解決下列問題：
（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
則反應(yīng)NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的△H=

 

．
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)，平衡時(shí)NO₂與SO₂體積比為1：6，則平衡常數(shù)K=

 

．
（2）已知在400℃時(shí)，N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0的K=0.5，則400℃時(shí)，在0.5L的反應(yīng)容器中進(jìn)行合成氨反應(yīng)，一段時(shí)間后，測(cè)得N₂、H₂、NH₃的物質(zhì)的量分別為2mol、1mol、2mol，則此時(shí)反應(yīng)V（N₂）_正

 

V（N₂）_逆（填：＞、＜、=、不能確定）欲使得該反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率加快，同時(shí)使平衡時(shí)NH₃的體積百分?jǐn)?shù)增加，可采取的正確措施是

 

（填序號(hào)）
A．縮小體積增大壓強(qiáng)   B．升高溫度  C．加催化劑   D．使氨氣液化分離出體系
E．恒溫恒容條件下，再投入N₂、H₂、NH₃的物質(zhì)的量2mol、1mol、2mol
（3）以甲醇為燃料的新型電池，其成本大大低于以氫氣為燃料的傳統(tǒng)燃料電池，目前得到廣泛的研究，如圖是目前研究較多的一類固體氧化物燃料電池工作原理示意圖如圖1．

回答下列問題：
①B極為電池

 

極，電極反應(yīng)式為

 

．
②若用該燃料電池做電源，用石墨做電極電解100mL 1mol/L的硫酸銅溶液，當(dāng)兩極收集到的氣體體積相等時(shí)，理論上消耗的甲醇的物質(zhì)的量為

 

（保留兩位有效數(shù)字）
（4）含SO₂的廢氣可用堿液進(jìn)行吸收，SO₂與NaOH反應(yīng)后的溶液中H₂SO₃、HSO₃^-和SO₃^2-的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)Φ與溶液pH的關(guān)系如圖2所示．
下列說法正確的是

 

（填字母序號(hào)）．
a．pH=8時(shí)，溶液中c（HSO₃^-）＜c（SO₃^2-）
b．pH=2時(shí)，溶液中c（Na⁺）+c（H⁺）=c（H₂SO₃）+2c（SO₃^2-）+c（OH^-）
c．溶液中 c（SO₃^2-）=c（HSO₃^-） 時(shí)，則c（H⁺）＞c（OH^-）
d．為獲得盡可能純的NaHSO₃，可將溶液的pH控制在4～5左右．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的影響因素,熱化學(xué)方程式,常見化學(xué)電源的種類及其工作原理

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）利用蓋斯定律來計(jì)算反應(yīng)熱，利用化學(xué)平衡的特征“等”、“定”來判定化學(xué)平衡，利用三段法計(jì)算平衡時(shí)的濃度來計(jì)算化學(xué)平衡常數(shù)；
（2）計(jì)算濃度商和平衡常數(shù)減小比較判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向，若Q=K，反應(yīng)達(dá)到平衡，Q＜K，反應(yīng)正向進(jìn)行，Q＞K反應(yīng)逆向進(jìn)行；使得該反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率加快，同時(shí)使平衡時(shí)NH₃的體積百分?jǐn)?shù)增加，需要改變條件 滿足化學(xué)反應(yīng)速率增大，且平衡正向進(jìn)行；
（3）B極加入甲醇，發(fā)生氧化反應(yīng)，為電池的負(fù)極；總反應(yīng)式為2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，正極反應(yīng)式為：O₂+2e^-=2O^2-，兩式相減可得負(fù)極電極反應(yīng)式；
開始階段發(fā)生反應(yīng)：2Cu²⁺+2H₂O

通電  .

2Cu+O₂↑+4H⁺，銅離子完全放電后，發(fā)生反應(yīng)2H₂O

通電  .

2H₂↑+O₂↑，當(dāng)兩極收集到的氣體體積相等時(shí)，即氫氣與氧氣的體積相等，令是氫氣為xmol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒列方程計(jì)算，再根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算消耗的甲醇的量．
（4）根據(jù)圖2可知，
a．pH=8時(shí)，溶液中c（HSO₃^-）＜c（SO₃^2-），故a正確；
b．pH=2時(shí)，c（HSO₃^-）=c（H₂SO₃），再結(jié)合電荷守恒：c（Na⁺）+c（H⁺）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）+c（OH^-），可得溶液中c（Na⁺）+c（H⁺）=c（H₂SO₃）+2c（SO₃^2-）+c（OH^-）；
c．溶液中 c（SO₃^2-）=c（HSO₃^-） 時(shí)，PH＞7，則c（H⁺）＜c（OH^-）；
d．pH控制在4～5左右，硫元素幾乎全部以NaHSO₃形式存在．

解答： 解：（1）根據(jù)蓋斯定律，將第二個(gè)方程式顛倒過來，與第一個(gè)方程式相加得：2NO₂+2SO₂═2SO₃+2NO，△H=-83.6 kJ?mol^-1，故NO₂+SO₂?SO₃+NO，△H=-41.8 kJ?mol^-1；
                    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
則（a-x）：（2a-x）=1：6，故x=

4

5

a，
故平衡常數(shù)為=

x2

(a-x)(2a-x)

=

8

3

．
故答案為：-41.8；2.67或

8

3

；
（2）一段時(shí)間后，當(dāng)N₂、H₂、NH₃的物質(zhì)的量分別為2mol/L、1mol/L、2mol/L時(shí)，Qc=

4×4

4×23

=0.5，所以該狀態(tài)是平衡狀態(tài)，正逆反應(yīng)速率相等，故答案為：=；
欲使得該反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率加快，同時(shí)使平衡時(shí)NH₃的體積百分?jǐn)?shù)增加，
A．反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，縮小體積增大壓強(qiáng)，反應(yīng)速率增大，平衡逆向進(jìn)行，故A正確；
B．反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，速率增大，平衡逆向進(jìn)行，故B錯(cuò)誤；  
C．加催化劑改變反應(yīng)速率，不改變平衡，故C錯(cuò)誤；
D．使氨氣液化移走，平衡正向進(jìn)行，反應(yīng)速率減小，故D錯(cuò)誤；
E．恒溫恒容條件下，再投入N₂、H₂、NH₃的物質(zhì)的量2mol、1mol、2mol，相當(dāng)于加壓，使得該反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率加快，同時(shí)使平衡時(shí)NH₃的體積百分?jǐn)?shù)增加，故答案為：AE；
（3）B極加入甲醇，發(fā)生氧化反應(yīng)，為電池的負(fù)極；總反應(yīng)式為2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，正極反應(yīng)式為：O₂+2e^-=2O^2-，兩式相減，負(fù)極反應(yīng)為：CH₃OH+3O^2--6e^-=CO₂+2H₂O，
故答案為：CH₃OH+3O^2--6e^-=CO₂+2H₂O；
（2）硫酸銅的物質(zhì)的量=0.1L×1mol/L=0.1mol，開始階段發(fā)生反應(yīng)：2Cu²⁺+2H₂O

通電  .

2Cu+O₂↑+4H⁺，銅離子完全放電后，發(fā)生反應(yīng)2H₂O

通電  .

2H₂↑+O₂↑，當(dāng)兩極收集到的氣體體積相等時(shí)，即氫氣與氧氣的體積相等，令是氫氣為xmol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，則：0.1mol×2+2x=4x，解得x=0.1，
根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，可知消耗的甲醇物質(zhì)的量=

0.1×4

6

=0.067mol，故答案為：0.067mol；（15分）
（4）根據(jù)圖2可知，
a．pH=8時(shí)，溶液中c（HSO₃^-）＜c（SO₃^2-），故a正確；
b．pH=2時(shí)，c（HSO₃^-）=c（H₂SO₃），再結(jié)合電荷守恒：c（Na⁺）+c（H⁺）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）+c（OH^-），可得溶液中c（Na⁺）+c（H⁺）=c（H₂SO₃）+2c（SO₃^2-）+c（OH^-），故b正確；
c．溶液中 c（SO₃^2-）=c（HSO₃^-） 時(shí)，PH＞7，則c（H⁺）＜c（OH^-），故c錯(cuò)誤；
d．為獲得盡可能純的NaHSO₃，可將溶液的pH控制在4～5左右，故d正確；故選abd．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)平衡的影響因素、平衡常數(shù)的計(jì)算、蓋斯定律的應(yīng)用、電化學(xué)、溶液中離子濃度大小等問題，綜合性較強(qiáng)，難度中等．