Question

15．研究NO₂、SO₂、CO等大气污染气体的处理及利用的方法具有重要意义．
（1）①已知：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1
请写出NO₂与SO₂反应生成SO₃（g）和NO的热化学方程式NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H=-41.8kJ•mol^-1．
②一定条件下，将NO₂与SO₂以体积比1：2置于2L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是bd．
a．体系压强保持不变                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 SO₂的同时生成1molNO₂
（2）工业上一般以CO和H₂为原料合成甲醇，该反应的热化学方程式为：CO （ g ）+2H₂ （ g ）?CH₃OH （ g ）△H=-116kJ/mol一定条件下在2L密闭容器中，将1mol CO与3mol H₂的混合气体在催化剂作用下发生反应生成甲醇．
①2min时测得生成CH₃OH 0.2mol，则0～2min的平均反应速率v（H₂）=0.1mol•L^-1•min^-1．
②反应5min后达到平衡，若平衡后将容器的容积压缩到原来的$\frac{1}{2}$，其他条件不变，对平衡体系产生的影响是cd （填字母序号）．
a．c（H₂）减少                            b．正反应速率加快，逆反应速率减慢
c．CH₃OH 的物质的量增加                 d．重新平衡$\frac{c（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）}$减小
（3）在密闭容器中充有1mol CO与2mol H₂，在催化剂作用下反应生成甲醇，CO的转化率（α）与温度（T）、压强（P） 的关系如图1示．
①A、C两点都表示达到的平衡状态，则自反应开始到达平衡状态所需的时间t_A＞t_C（填“＞”、“＜”或“=”）．
②若A点时容器的体积为1L，则该温度下B的平衡常数K_B=1，C点的平衡常数K_C＜K_B（填“＜”、“＞”或“=”）．
（4）图2MCFC燃料电池，它是以水煤气（CO、H₂）为燃料，一定比例Li₂CO₃和Na₂CO₃共熔混合物为电解质．A为电池的负极（选填“正”或“负”），写出B极电极反应式O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-．

Answer 1

分析 （1）①依据热化学方程式和盖斯定律计算得到NO₂与SO₂反应生成SO₃（g）和NO的热化学方程式；
②a．随反应：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的进行，气体的总的物质的量不变，压强不变．
b．混合气体颜色保持不变，说明二氧化氮的浓度不变．
c．化学方程式分析可知随反应进行NO和SO₃的物质的量之比不变；
d．每消耗1mol SO₂的同时生成1mol NO₂表示正逆反应速率相同；
（2）①2min时测得生成CH₃OH 0.2mol，依据反应速率概念计算得到甲醇的反应速率，反应速率之比等于化学方程式计量数之比计算得到氢气表示的反应速率；
②平衡后将容器的容积压缩到原来的$\frac{1}{2}$，压强增大，正、逆反应速率都增大，但正反应速率增大更多，平衡向正反应方向移动，生成物的浓度增大，由于温度不变，则平衡常数不变，结合平衡常数可知，平衡时反应物各组分的浓度都增大，据此分析解答；
（3）①温度越高反应速率越快所需时间越短．
②温度不变，平衡常数不变，根据A点温度下的转化率求平衡时各种物质的浓度；
（4）碳酸盐燃料电池中通氧气的电极一定为正极，通入燃料的电极A一定为负极，氧气在B电极上发生还原反应，根据图知，A电极上失电子发生氧化反应生成水和二氧化碳；B电极上氧气得到电子和二氧化碳生成碳酸根离子．

解答 解：（1）①已知：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1 ①
2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1 ②
依据盖斯定律计算①-②得到NO₂与SO₂反应生成SO₃（g）和NO的热化学方程式NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H=-41.8 kJ•mol^-1，
故答案为：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H=-41.8 kJ•mol^-1；
②a．随反应进行，气体的物质的量不变，压强不变，体系压强保持不变，不能说明到达平衡状态，故a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．随反应进行NO和SO₃的物质的量之比不发生变化，物质的量之比保持不变，反应自始至终都按此比例进行，不能说明到达平衡状态，故c错误；
d．每消耗1mol SO₂的同时生成1mol NO₂都表示正逆反应速率相同，故d正确；
故答案为：bd；
（2）①2min时测得生成CH₃OH 0.2mol，V（CH₃OH）=$\frac{\frac{0.2mol}{2L}}{2min}$=0.05mol/L•min，反应速率之比等于化学方程式计量数之比，则0～2min的平均反应速率v（H₂）=2V（CH₃OH）=2×0.05mol/L•min=0.1mol•L^-1•min^-1，
故答案为：0.1mol•L^-1•min^-1；
②a．平衡后将容器的容积压缩到原来的$\frac{1}{2}$，压强增大，平衡向正反应方向移动，生成物的浓度增大，由于平衡常数不变，结合平衡常数可知，平衡时反应物各组分的浓度都增大，故a错误；
b．压强增大，正、逆反应速率都增大，但正反应速率增大更多，故b错误；
c．压强增大，平衡向正反应方向移动，CH₃OH 的物质的量增加，故c正确；
d．压强增大，平衡向正反应方向移动，氢气的物质的量减小、甲醇的物质的量增大，故重新平衡$\frac{c（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）}$减小，故d正确；
故答案为：cd；
（3）①由图可知A点低于C的温度，温度越高反应速率越快所需时间越短，所以t_A＞t_C，故答案为：＞；
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
初起浓度  1mol/L      2mol/L       0
变化量   0.5mol/L     1mol/L     0.5mol/L
平衡量   0.5mol/L     1mol/L     0.5mol/L
故K=$\frac{0.5mol/L}{0.5mol/L×（1mol/L）^{2}}$=1L²mol^-2，
图象可知BC点是不同温度下的平衡，温度升高CO的转化率减小，说明正反应为放热反应，升温平衡逆向进行，平衡常数减小，则K_C＜K_B，
故答案为：1；＜；
（4）根据图知，A电极上失电子发生氧化反应生成水和二氧化碳，所以A是负极，B电极上氧气得到电子和二氧化碳生成碳酸根离子，电极反应式为O₂+4e^-+2CO₂═2CO₃^2-；
故答案为：负；O₂+4e^-+2CO₂═2CO₃^2-．

点评 本题考查热化学方程式书写、化学平衡图象、影响化学平衡因素、平衡常数与反应速率计算、原电池原理等，掌握基础是解本题的关键，题目难度中等．