Question

研究NO₂、SO₂、CO等大气污染气体的处理具有重要意义．
（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
则反应NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的△H=

 

kJ?mol^-1．
一定条件下，将NO₂与SO₂以体积比2：1置于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

 

．
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1molSO₃的同时生成1mol NO
测得上述反应达平衡时NO₂与SO₂的体积比为5：1，则平衡常数K=

 

．
（2）CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图（1）所示．该反应△H

 

0（填“＞”或“＜”）．实际生产条件控制在250℃、
1.3×10⁴kPa左右，选择此压强的理由是：

 

．
（3）依据燃烧的反应原理，合成的甲醇可以设计如图（2）所示的原电池装置．
①该电池工作时，OH^-向

 

极移动（填“正”或“负”）．
②该电池正极的电极反应式为

 

．

Answer 1

考点：转化率随温度、压强的变化曲线,用盖斯定律进行有关反应热的计算,原电池和电解池的工作原理,化学平衡状态的判断

专题：

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，可计算平衡常数；
（2）利用化学平衡的影响因素和工业生产的关系来分析；
（3）①甲醇燃料电池中，根据阳离子移向正极，阴离子移向负极判断；
②甲醇燃料电池中，甲醇为负极，电解质为酸甲醇失去电子生成碳酸根，正极是氧气得到电子生成水．

解答： 解：（1）已知：①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ?mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ?mol^-1，
利用盖斯定律将①×

1

2

-②×

1

2

得NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H=

1

2

×（-196.6kJ?mol^-1）-

1

2

×（-113.0kJ?mol^-1）=-41.8kJ?mol^-1，
A．无论是否达到平衡，体系压强都保持不变，不能用于判断是否达到平衡状态，故A错误；
B．混合气体颜色保持不变，说明浓度不变，达到平衡状态，故B正确；
C．SO₃和NO的计量数之比为1：1，无论是否达到平衡，二者的体积比保持不变，不能判断是否达到平衡状态，故C错误；
D．每消耗1mol SO₃的同时生成1molNO，则正反应速率等于逆反应速率，故能判断是否达到平衡状态，故D正确．
            NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
起始物质的体积 2a      a       0       0
转化物质的体积 x      x        x        x
平衡物质的体积 2a-x   a-x      x        x
平衡时NO₂与SO₂体积比为5：1，即（2a-x）：（a-x）=5：1，故x=

3

4

a，故平衡常数K=

C(SO 3)C(NO)

c(NO 2)C(SO 2)

=

x 2

(2a-x)(a-x)

=

9 16

5 4 × 1 4

=1.8，
故答案为：-41.8；BD；1.8；
（2）由图可知，温度升高，CO的转化率降低，平衡向逆反应方向移动，故逆反应是吸热反应，正反应是放热反应，△H＜0；压强大，有利于加快反应速率，有利于使平衡正向移动，但压强过大，需要的动力大，对设备的要求也高，故选择250℃、1.3×104kPa左右的条件．因为在250℃、压强为1.3×10⁴ kPa时，CO的转化率已较大，再增大压强，CO的转化率变化不大，没有必要再增大压强，
故答案为：＜；在1.3×10⁴kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强CO的转化率提高不大，而生产成本增加得不偿失；
（3）①甲醇燃料电池中，根据阳离子移向正极，阴离子移向负极，所以氢氧根向负极移动；故答案为：负；
②甲醇燃料电池中，甲醇中C元素的化合价升高，则甲醇为负极，电解质为碱，甲醇失去电子生成碳酸根，氧气再正极上得到电子发生还原反应生成氢氧根，反应的电极反应为：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-，
故答案为：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-．

点评：本题考查了盖斯定律计算应用，热化学方程式的书写，化学平衡标志判断，原电池原理的应用，该题将元素化合物与能量变化、化学平衡等知识柔和在一起进行考查，充分体现了高考的综合性，看似综合性较强的问题，只要细细分析，还是能各个突破的．第（2）容易出错，需认真分析图象，得出正确结论，题目难度中等．