Question

8．运用化学反应原理知识研究如何利用CO、SO₂等污染物有重要意义．
（1）用CO可以合成甲醇．已知：
CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H ₁ kJ•mol^-1
CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H₂  kJ•mol^-1
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H₃ kJ•mol^-1
则CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=2△H₃+△H₂-△H₁kJ•mol^-1．
（2）一定压强下，在容积为2L的密闭容器中充入1mol CO与2mol H₂，在催化剂作用下发生反应：CO（g）+2H₂（g）   CH₃OH（g）△H，平衡转化率与温度、压强的关系如图1所示．
①下列说法正确的是B
A．若容器内气体密度恒定，反应达到平衡状态
B．若容器内各气体浓度恒定，反应达到平衡状态
C．上述反应中，△H＞0
D．反应中，催化剂使平衡向正反应方向移动
②p₂大于p₁ （填“大于”、“小于”或“等于”）；
③100℃时，该反应的化学平衡常数K=4；
（3）某科研小组用SO₂为原料制取硫酸．
①利用原电池原理，用SO₂、O₂和H₂O来制备硫酸，该电池用多孔材料作电极，它能吸附气体，同时也能使气体与电解质溶液充分接触．请写出该电池负极的电极反应式：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺．
②用Na₂SO₃溶液充分吸收SO₂得NaHSO₃溶液，然后电解该溶液可制得硫酸．电解原理示意如图2所示．请写出开始时阳极反应的电极反应式HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺．

Answer 1

分析 （1）已知：①CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H ₁ kJ•mol^-1
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H₂  kJ•mol^-1
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H₃ kJ•mol^-1
根据盖斯定律2×③+②-①可得CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；
（2）①A．混合气体质量不变，气体体积不变，混合气体密度不变；
B．反应达到平衡状态时各物质的含量不变；
C．由图1可知相同压强下，温度升高，CO的转化率减小，反应逆向移动，正方向为放热反应；
D．催化剂不改变平衡；
②该反应是个气体体积减小的反应，根据压强对化学平衡的影响分析；
③100℃时，该反应的CO的转化率为0.5，列三段式，代入化学平衡常数K计算可得；
（3）①依据原电池原理，负极是失电子发生氧化反应，二氧化硫失电子生成硫酸的过程；
②根据化合价变化判断阳极反应物质，写出阳极反应式．

解答 解：（1）①CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H ₁ kJ•mol^-1
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H₂  kJ•mol^-1
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H₃ kJ•mol^-1
根据盖斯定律2×③+②-①可得CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=2△H₃+△H₂-△H₁；
故答案为：）△H=2△H₃+△H₂-△H₁；
（2）①A．容器内混合气体总质量不变，恒容气体体积不变，则密度始终不变，故A错误；
B．容器内各气体浓度恒定，反应达到平衡状态，故B正确；
C．由图1可知相同压强下，温度升高，CO的转化率减小，反应逆向移动，正方向为放热反应，故C错误；
D．催化剂不影响化学平衡，故D错误；
故答案为：B；
②该反应是个气体体积减小的反应，增大压强，化学平衡正向移动，CO的转化率增大，由图1可知相同温度下，p₂时CO的转化率大于的p₁转化率，故p₂大于p₁；
故答案为：大于；
③在容积为2L的密闭容器中充入1mol CO与2mol H₂，100℃时，该反应的CO的转化率为0.5，列三段式，
      CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
c始：0.5         1                   0
c转：0.25       0.5                0.25
c平：0.25       0.5                0.25
则化学平衡常数K=$\frac{0.25}{0.25×0．{5}^{2}}$=4；
故答案为：4；
（3）①该原电池中，负极上失电子被氧化，二氧化硫到硫酸，硫的化合价升高，所以负极上投放的气体是二氧化硫，二氧化硫失电子和水反应生成硫酸根离子和氢离子，所以负极上的电极反应式为：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；
故答案为：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；
②电解池中阳极和电源正极相连，失去电子，发生氧化反应，电解NaHSO₃溶液可制得硫酸，硫的化合价升高，所以阳极是HSO₃^-溶液失去电子被氧化生成SO₄^2-，则阳极电极反应式是：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺；
故答案为：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺．

点评 本题考查了化学平衡常数表达式书写以及计算、化学平衡影响因素分析判断、化学平衡状态的判断，原电池原理和电解原理的应用，注意电极反应的书写方法，掌握基础是关键，题目难度中等．