Question

8．燃煤能排放大量的CO、CO₂、SO₂，PM2.5（可入肺顆粒物）污染也跟冬季燃煤密切相關(guān)．SO₂、CO、CO₂也是對(duì)環(huán)境影響較大的氣體，對(duì)它們的合理控制、利用是優(yōu)化我們生存環(huán)境的有效途徑．
（1）如圖所示，利用電化學(xué)原理將SO₂ 轉(zhuǎn)化為重要化工原料C，若A為SO₂，B為O₂，則負(fù)極的電極反應(yīng)式為：SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-；
（2）有一種用CO₂生產(chǎn)甲醇燃料的方法：CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O
已知：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ•mol^-1；
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-b kJ•mol^-1；
H₂O（g）=H₂O（l）△H=-c kJ•mol^-1；
CH₃OH（g）=CH₃OH（l）△H=-d kJ•mol^-1，
則表示CH₃OH（l）燃燒熱的熱化學(xué)方程式為：CH₃OH（l）+3/2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O ）△H=-（$\frac{3}{2}$c+2d-a-b）kJ•mol^-1；
（3）將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中，進(jìn)行反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下三組數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)組	溫度℃	起始量/mol		平衡量/mol		達(dá)到平衡所需時(shí)間/min
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

①實(shí)驗(yàn)2條件下平衡常數(shù)K=0.17，該反應(yīng)的△H＜0（填“＞”或“＜”）．
②實(shí)驗(yàn)3中，若平衡時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率大于水蒸氣，則$\frac{a}$的值＞1（填具體值或取值范圍）．
③實(shí)驗(yàn)4，若900℃時(shí)，在此容器中加入CO、H₂O、CO₂、H₂均為1mol，則此時(shí)V_逆＞V_正（填“＜”，“＞”，“=”）．
④判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡的依據(jù)是A．
A．CO₂減少的化學(xué)反應(yīng)速率和CO減少的化學(xué)反應(yīng)速率相等
B．容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)保持不變
C．CO、H₂O、CO₂、H₂的濃度都相等
D．容器中氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不隨時(shí)間而變化．

Answer 1

分析 （1）SO₂在負(fù)極失去電子轉(zhuǎn)化為SO₄^2-，根據(jù)電極反應(yīng)式的書寫方法來回答；
（2）應(yīng)用蓋斯定律解題，始終抓住目標(biāo)反應(yīng)和已知反應(yīng)之間的關(guān)系應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)來解；
（3）①第二組溫度比第一組高，反應(yīng)物物質(zhì)的量比第一組減半，但是平衡時(shí)CO₂的物質(zhì)的量比第一組的一半少，表明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)；利用三段式計(jì)算平衡時(shí)，各組分的物質(zhì)的量，該反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，故利用物質(zhì)的量代替濃度代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算平衡常數(shù)；
②在反應(yīng)中當(dāng)反應(yīng)物的物質(zhì)的量之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比時(shí)，各反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率相等，某一種反應(yīng)物越多，其轉(zhuǎn)化率越低，而另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率則越高，據(jù)此答題；
③根據(jù)濃度商Qc與平衡常數(shù)K的大小，判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向，進(jìn)而確定正逆反應(yīng)的速率；
④當(dāng)化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，根據(jù)密度和平均相對(duì)分子質(zhì)量的公式進(jìn)行分析解答該題．

解答 解：（1）SO₂在負(fù)極失去電子轉(zhuǎn)化為SO₄^2-，故其電極反應(yīng)為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
（2）應(yīng)用蓋斯定律解題，△H=-△H₁-△H₂+$\frac{3}{2}$△H₃+2△H₄=-（$\frac{3}{2}$c+2d-a-b）kJ•mol^-1，所以CH₃OH（l）燃燒熱的熱化學(xué)方程式為CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-（$\frac{3}{2}$c+2d-a-b）kJ•mol^-1，故答案為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-（$\frac{3}{2}$c+2d-a-b）kJ•mol^-1；
（3）①實(shí)驗(yàn)1中CO的轉(zhuǎn)化率為×100%=40%，實(shí)驗(yàn)2中CO的轉(zhuǎn)化率為×100%=20%，則實(shí)驗(yàn)1的轉(zhuǎn)化率大于實(shí)驗(yàn)2，則說明溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)放熱，平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量為1.6mol，則：
            CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
開始（mol）：2       1        0       0
變化（mol）：0.4     0.4    0.4      0.4
平衡（mol）：1.6     0.6    0.4     0.4
該反應(yīng)前后氣體體積不變，故利用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算平衡常數(shù)，故900℃時(shí)該反應(yīng)平衡常數(shù)k=$\frac{0.4×0.4}{1.6×0.6}$=0.17，
故答案為：0.17；＜；
②在反應(yīng)中當(dāng)反應(yīng)物的物質(zhì)的量之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比時(shí)，各反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率相等，某一種反應(yīng)物越多，其轉(zhuǎn)化率越低，而另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率則越高，所以要使CO的轉(zhuǎn)化率大于水蒸氣，則$\frac{a}$＞1，故答案為：$\frac{a}$＞1；
③900℃時(shí)，在此容器中加入CO、H₂O、CO₂、H₂均為1mol時(shí)，濃度商Qc=1＞0.17=K，所以此時(shí)平衡要逆向移動(dòng)，故V_正＜V_逆，故答案為：＞；
④A．CO₂減少的化學(xué)反應(yīng)速率和CO減少的化學(xué)反應(yīng)速率相等，證明正逆反應(yīng)速率相等，達(dá)到了平衡，故正確；
B．反應(yīng)前后氣體系數(shù)和相等，容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)始終保持不變，所以壓強(qiáng)不變的狀態(tài)不一定平衡，故錯(cuò)誤；
C．CO、H₂O、CO₂、H₂的濃度相等，可能平衡也可能不平衡，故錯(cuò)誤；
D．容器中氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量等于質(zhì)量和物質(zhì)的量的比值，質(zhì)量和物質(zhì)的量都不變化，所以容器中氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量始終不隨時(shí)間而變化，此時(shí)的狀態(tài)不一定是平衡狀態(tài)，故錯(cuò)誤．
故選A．

點(diǎn)評(píng) 本題考查熱反應(yīng)方程式、化學(xué)平衡計(jì)算、化學(xué)平衡影響因素、化學(xué)平衡常數(shù)計(jì)算等，側(cè)重考查學(xué)生對(duì)圖象與數(shù)據(jù)的分析及計(jì)算能力，注意對(duì)知識(shí)的理解與掌握，難度中等．