Question

6．化学在解决雾霾污染中有着重要的作用，雾霾由多种污染物形成，其中包含颗粒物（包括PM2.5）、氮氧化物（NO_x）、CO、SO₂等．
（1）已知：NO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?NO₂（g）△H=-56.5kJ•mol^-1
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
则反应NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H=-41.8kJ•mol^-1．
一定条件下，将NO₂与SO₂以体积比1：2置于恒温恒容的密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的有b．
a．混合气体的平均相对分子质量
b．混合气体颜色保持不变
c．SO₃和NO的体积比保持不变
d．每消耗1mol SO₃的同时生成1mol NO₂
测得上述反应平衡时NO₂与SO₂体积比为1：3，则平衡常数K=$\frac{1}{3}$（用分数表示）
（2）CO综合利用．
①CO用于合成甲醇反应方程式为：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），若起始投入1molCO，2mol H₂，CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图1所示．得知该反应的△H＜0，该反应的实际生产条件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右最为适宜．反应达平衡后，下列操作既能加快反应速率，又能使平衡混合物中CH₃OH物质的量分数增大的是d e
a． 升温                    b．恒容条件下充入H₂
c．加入合适的正催化剂d．恒容条件下再充入1molCO，2mol H₂
e．压缩体积              　 f．移走一部分CH₃OH
②电解CO制备CH₄，电解质为碳酸钠溶液，工作原理如图2所示，写出阴极区电极反应式CO+6e^-+5H₂O=6OH^-+CH₄．

Answer 1

分析 （1）利用盖斯定律计算反应热，得到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，由此衍生的一些物理量也不变，计算平衡时各物质的浓度，可K=$\frac{c（S{O}_{3}）•c（NO）}{c（N{O}_{2}）•c（S{O}_{2}）}$计算平衡常数；
（2）①图象分析可知压强一定，温度升高CO转化率减小，说明升温平衡逆向进行，逆向是吸热反应，温度在250°一氧化碳转化率高，反应速率大，既能加快反应速率，又能使平衡混合物中CH₃OH物质的量分数增大，依据影响化学反应速率的因素分析，反应正向进行，
CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g），反应是气体体积减小的放热反应，
a． 反应是放热反应，升温速率增大，平衡逆向进行；
b．恒容条件下充入H₂ ，增大反应物浓度平衡正向进行，反应速率增大；
c．催化剂改变反应速率不改变化学平衡；
d．恒容条件下再充入1molCO，2mol H₂ ，相当于增大压强平衡正向进行；
e．压缩体积压强增大反应速率增大平衡正向进行； 　
f．移走一部分CH₃OH平衡正向进行，反应速率减小；
②由此电解原理可知，阳极失去电子生成二氧化碳气体，加入碳酸钠，碳酸钠与二氧化碳反应生成碳酸氢钠，阴极CO得到电子生成甲烷气体，据此解答即可．

解答 解：（1）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1①
2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1 ②
将方程式$\frac{①-②}{2}$得：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H=$\frac{-196.6-（-113）}{2}$=-41.8kJ/mol，
a．混合气体的平均相对分子质量等于质量和物质的量的比值，质量守恒，物质的量前后不变化，所以混合气体的平均相对分子质量不变化，此状态不一定平衡，故错误；
b．混合气体颜色保持不变，说明二氧化氮的浓度不变，说明到达平衡状态，故b正确；
c．SO₃和NO是生成物，二者的体积比始终保持不变，故c错误；
d．每消耗1mol SO₃的同时生成1mol NO₂都表示逆反应速率，反应自始至终都按此比例进行，故d错误；
故选b；     
              NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
起始物质的体积 a       2a       0       0
转化物质的体积 x       x        x       x
平衡物质的体积 a-x      2a-x    x       x
平衡时NO₂与SO₂体积比为1：3，即（1a-x）：（2a-x）=1：3，故x=0.5a，故平衡常数K=$\frac{0.5a×0.5a}{0.5a×1.5a}$=$\frac{1}{3}$，
故答案为：-41.8；b；$\frac{1}{3}$；
（2）①图象分析可知压强一定，温度升高CO转化率减小，说明升温平衡逆向进行，逆向是吸热反应，正向为放热反应，△H＜0，图象分析可知，温度在250°一氧化碳转化率高，反应速率大，既能加快反应速率，又能使平衡混合物中CH₃OH物质的量分数增大，依据影响化学反应速率的因素分析，反应正向进行，
CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g），反应是气体体积减小的放热反应，
a． 反应是放热反应，升温反应速率增大，但平衡逆向进行，故a错误；
b．恒容条件下充入H₂ ，增大反应物浓度平衡正向进行，反应速率增大，CH₃OH物质的量分数减小，故b错误；
c．催化剂改变反应速率不改变化学平衡，反应速率增大，但平衡不变，故c错误；
d．恒容条件下再充入1molCO，2mol H₂ ，相当于增大压强平衡正向进行，CH₃OH物质的量分数增大，故d正确；
e．压缩体积压强增大反应速率增大平衡正向进行，CH₃OH物质的量分数增大，故e正确； 　
f．移走一部分CH₃OH平衡正向进行，浓度减小反应速率减小，故f错误，
故de正确，
故答案为：＜；250；de；
②由此电解原理可知，阳极失去电子生成二氧化碳气体，加入碳酸钠，碳酸钠与二氧化碳反应生成碳酸氢钠，阴极CO得到电子生成甲烷气体，据此离子反应方程式为：4CO+3CO₃^2-+5H₂O=6HCO₃^-+CH₄↑，阴极区电极反应式为CO+6e^-+5H₂O=6OH^-+CH₄，
故答案为：CO+6e^-+5H₂O=6OH^-+CH₄．

点评 本题考查了热化学方程式书写，化学平衡影响因素分析判断，原电池原理和电极反应书写方法，化学平衡常数的计算等知识，题目难度中等．