Question

6．著名主持人柴静自费拍摄的《穹顶之下》讲述了雾霾对人类的影响．我国已有100多座大中城市不同程度地出现了雾霾天气，覆盖了我国将近一半的国土．随着大气污染的日趋严重．国家拟定于“十二五”期间，将二氧化硫（SO₂）排放量减少8%，氮氧化物（NO₂）排放量也要大幅减少．

Ⅰ．工业上采用碘循环工艺吸收SO₂，具体流程如下：
（1）用离子方程式表示反应器中发生的反应SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺．
（2）用化学平衡移动的原理分析，在HI分解反应中使用膜反应器分离出H₂的目的是HI分解为可逆反应，及时分离出产物H₂，有利于反应正向进行．
Ⅱ．处理NO₂的一种方法是利用甲烷催化还原NO₂．
   CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ•mol^-1
   CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂
   CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=-867kJ•mol^-1
则△H₂=-1160kJ•mol^-1．
Ⅲ．为减少二氧化碳的排放．对二氧化碳进行如下处理．
   （1）一定温度下，在2L容积固定的密闭容器中，通入2molCO₂和3molH₂，发生的反应为：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃COH（g）+H₂O（g）△H=-akJ•mol^-1（a＞0），测得CO₂（g）和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图1所示．
   ①能说明该反应已达到平衡状态的是AB．
    A．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变
    B．混合气体的平均相对分子质量不随时间的变化而变化
    C．单位时间内每消耗1.2molH₂，同时生成0.4molH₂O
    D．反应中H₂O与CH₃OH的物质的量浓度之比为1：1，且保持不变
  ②计算温度下此反应的平衡常数K=0.20．
（2）某甲醇燃料电池原理如图1所示．
   ①pb（a）电极的电极反应式为CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺．
   ②用上述甲醇燃料电池做电源．用图3装置电解跑题硫酸铜溶液若在图2中Pt电极上生成64g铜，则图2中Pt（b）电极上需要消耗标准状况下空气（O₂的体积分数20%）的体积为56L．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）反应器中二氧化硫、碘发生氧化还原反应生成硫酸和HI；
（2）HI分解反应为可逆反应；
Ⅱ．依据热化学方程式和盖斯定律③×2-①计算目标热化学方程式得到焓变；
Ⅲ．（1）①化学反应达到化学平衡状态时，正逆反应速率相等，且不等于0，各物质的浓度不再发生变化，由此衍生的一些物理量不发生变化，以此进行判断；
②根据图象数据结合平衡常数K的计算公式进行计算；
（2）①首先根据pb（a）电极上为甲醇失电子在负极发生氧化反应生成二氧化碳，据此书写电极反应式； 
②整个电路中转移电子的数目相等，可以根据电子转移的数目相同来列出已知物质和未知物质之间关系式，然后通过关系来求解．

解答 解：Ⅰ．（1）反应器中二氧化硫、碘发生氧化还原反应生成硫酸和HI，离子反应为SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺，故答案为：SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺；
（2）HI分解反应为可逆反应，则使用膜反应器分离出H₂的目的是及时分离出产物H₂，有利于反应正向进行，故答案为：HI分解为可逆反应，及时分离出产物H₂，有利于反应正向进行；
Ⅱ．①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂
③CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=-867kJ•mol^-1
依据盖斯定律计算，③×2-①得到CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ•mol^-1；
故答案为：-1160kJ•mol^-1；
Ⅲ．（1）①A．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变，则能说明达到平衡状态，故A正确；
B．平均相对分子质量=$\frac{总质量}{总物质的量}$，总质量一定，总物质的量在变，故平均相对分子质量在变，故平均相对分子质量不再发生改变能说明达到平衡状态，故B正确；
C．单位时间内每消耗1.2mol H₂，同时生成0.4molH₂O，不能体现正逆反应，故不能说明达到平衡状态，故C错误；
D．H₂O与CH₃OH都是产物，并且按照1：1的比例生成，所以H₂O与CH₃OH的物质的量浓度之比一直为1：1，不能说明达到平衡状态，故D错误；
故选AB；
②由图象数据CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）得
   开始浓度：1       1.5        0        0
  转化浓度：0.25     0.75       0.25    0.25 
  平衡浓度：0.75     0.75       0.25    0.25 
所以K=$\frac{0.25×0.25}{0.75×0.75{\;}^{3}}$=0.20，故答案为：0.20；
（2）①根据pb（a）电极上为甲醇失电子在负极发生氧化反应生成二氧化碳，则电极反应式为CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，故答案为：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
②电解硫酸铜溶液时，铜电极上铜失电子发生氧化反应，当铜片的质量变化64g，失去电子的物质的量=$\frac{64g}{64g/mol}$×2=2mol，
1mol氧气生成-2价氧元素得到4mol电子，则需要空气的体积=$\frac{\frac{2mol}{4}×22.4L/mol}{20%}$=56L，
故答案为：56．

点评 本题考查氧化还原反应、电化学以及化学平衡的有关知识，为高考常见题型和高频考点，注意把握原电池的工作原理，本题解答的关键是根据电子转移的数目相同计算，注意体会答题思路，题目难度中等．