Question

（16分）碳及其化合物與人類生產(chǎn)、生活密切相關(guān)。請回答下列問題：

（1）在化工生產(chǎn)過程中，少量CO的存在會引起催化劑中毒。為了防止催化劑中毒，常用SO2將CO氧化SO2被還原為S。

已知： C(s)+（g）=CO（g）ΔH1=-126．4kJ/mol ①

C(s)+O2（g）=CO2（g） ΔH2= －393．5kJ·mol－1 ②

S(s)+O2（g）=SO2（g） ΔH3= －296．8kJ·mol－1 ③

則SO2氧化CO的熱化學(xué)反應(yīng)方程式：

（2）CO可用于合成甲醇，反應(yīng)方程式為CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。

①CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系如圖1所示，該反應(yīng)ΔH 0（填“>”或“ <”）。

圖2表示CO的轉(zhuǎn)化率與起始投料比[ n(H2)/n(CO)]、溫度的變化關(guān)系，曲線I、II、III對應(yīng)的平衡常數(shù)分別為K1、K2、K3，則K1、K2、K3的大小關(guān)系為 ；測得B(X1,60)點氫氣的轉(zhuǎn)化率為40%，則x1= 。

②在恒容密閉容器里按體積比為1:2充入一氧化碳和氫氣，一定條件下反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。當(dāng)改變反應(yīng)的某一個條件后，下列變化能說明平衡一定向正反應(yīng)方向移動的是 （填序號）。

A． 正反應(yīng)速率先增大后減小 B． 逆反應(yīng)速率先增大后減小

C． 化學(xué)平衡常數(shù)K值增大 D． 反應(yīng)物的體積百分含量增大

E． 混合氣體的密度增大

③一定條件下，將2molCO和2molH2置于容積為2L固定的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)達(dá)到平衡時CO與H2體積之比為2∶1，則平衡常數(shù)K＝ 。

（3）最新研究發(fā)現(xiàn)，用隔膜電解法可以處理高濃度乙醛廢水。

原理：使用惰性電極電解，乙醛分別在陰、陽極轉(zhuǎn)化為乙醇和乙酸，

總反應(yīng)為:2CH3CHO+H2OCH3CHOH+CH3CHOOH。

實驗室中，以一定濃度的乙醛-Na2SO4溶液為電解質(zhì)溶液，模擬乙醛廢水的 處理過程，其裝置示意圖如圖所示：

①電解過程中，兩極除分別生成乙酸和乙醇外，均產(chǎn)生無色氣體，陽極電極反應(yīng)分別為：

4OH－-4e－═O2↑+2H2O； 。

②在實際工藝處理過程中，陰極區(qū)乙醛的去除率可達(dá)60%。若在兩極區(qū)分別注入1m3乙醛的含量為300mg/L的廢水，可得到乙醇 kg(計算結(jié)果保留2位小數(shù)）

 

Answer 1

（16分）

（1） SO2（g）+2CO（g）=S(s)+2CO2（g） ΔH=-237．4kJ·mol－1（3分）

（2）①＜（1分） K1>K2>K3 （2分） 3 （2分）

②A C （2分） ③4．5 L2·mol-2 (不帶單位不扣分)（2分）

（3）①CH3CHO－2e－+H2O═CH3COOH+2H+ （2分） ②0.19（2分)

【解析】

試題分析：（1）根據(jù)蓋斯定律得，目標(biāo)方程式=②×2-①×2-③，ΔH=（－393．5kJ·mol－1）×2-（-126．4kJ/mol）×2-（－296．8kJ·mol－1）=-237．4kJ·mol－1，所以所求熱化學(xué)方程式為SO2（g）+2CO（g）=S(s)+2CO2（g） ΔH=-237．4kJ·mol－1；

（2）①由圖1可知，溫度升高CO的轉(zhuǎn)化率降低，說明升高溫度，平衡逆向移動，正向是放熱反應(yīng)，ΔH<0；n(H2)/n(CO)一定時，CO的轉(zhuǎn)化率Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ，轉(zhuǎn)化率高的平衡常數(shù)大，所以K1、K2、K3的大小關(guān)系為K1>K2>K3測得B(X1,60)點氫氣的轉(zhuǎn)化率為40%，CO的轉(zhuǎn)化率是60%，設(shè)B點時CO、H2的物質(zhì)的量分別是m、n，可得60%m=40%n/2，所以n/m=3,即x1=3；

②A、增大反應(yīng)物濃度，正反應(yīng)速率先增大后減小，說明平衡正向移動，正確；B、增大生成物濃度，逆反應(yīng)速率先增大后減小，說明平衡逆向移動，錯誤；C、降低溫度，K值增大，說明生成物濃度增大，反應(yīng)物濃度減小，平衡正向移動，正確；D、減小壓強(qiáng)，平衡逆向移動，反應(yīng)物的體積百分含量增大，錯誤；E、恒容條件時混合氣體的密度增大，說明容器中氣體質(zhì)量增加，可能是反應(yīng)物也可能是生成物，平衡移動方向不確定，錯誤，答案選AC；

③設(shè)平衡時CO的濃度是x，則氫氣的濃度是2x-1，生成甲醇的濃度是1-x，根據(jù)題意得：x/(2x-1)=2:1,x=2/3mol/L,所以K=(1-x)/x·(2x-1)2=4．5 L2·mol-2

（3）①陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，乙醛被氧化為乙酸，氫氧根離子被氧化為氧氣，則陰極發(fā)生還原反應(yīng)，乙醛被還原為乙醇，同時氫離子被還原為氫氣，所以陽極電極反應(yīng)式除生成氧氣外，還有CH3CHO－2e－+H2O═CH3COOH+2H+

②陰極反應(yīng)是CH3CHO+2e－+2H+=CH3CH2OH，所以注入1m3乙醛的含量為300mg/L的廢水，陰極區(qū)乙醛的去除率可達(dá)60%，生成乙醇的質(zhì)量是1000L×300mg/L×60%×10-3g/mg÷44g/mol×46g/mol=188．2g=0.19kg。

考點：考查蓋斯定律的應(yīng)用，化學(xué)平衡圖像的分析及平衡理論應(yīng)用，電化學(xué)原理的應(yīng)用