Question

3．化工行业的发展必须符合国家节能减排的总体要求．请回答下列问题：
（1）已知C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），则该反应的平衡常数表达式为$\frac{c（CO）c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$．
（2）已知在一定温度下，
C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H₁
CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H₂
C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H₃
则△H₁、△H₂、△H₃之间的关系是：△H₃=△H₁+△H₂或△H₁=△H₃-△H₂或△H₂=△H₃-△H₁．
（3）通过研究不同温度下平衡常数可以解决某些实际问题．已知等体积的一氧化碳和水蒸气进入反应时，会发生如下反应：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），该反应平衡常数随温度的变化如表所示．

温度/℃	400	500	800
平衡常数K	9.94	9	1

则该反应的正反应方向是放热反应（填“吸热”或“放热”），在500℃时，若设起始时CO和H₂O的起始浓度均为0.020mol/L，则CO的平衡转化率为75%．
（4）从氨催化氧化可以制硝酸，此过程中涉及氮氧化物，如NO、NO₂、N₂O₄等．对反应N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H＞0在温度为T₁、T₂时，平衡体系中NO₂的体积分数随压强变化曲线如图1所示．下列说法正确的是E：
A．A、C两点的反应速率：A＞C
B．A、C两点气体的颜色：A深，C浅
C．B、C两点的气体的平均相对分子质量：B＜C
D．由状态A到状态B，可以用加热的方法
E．A、C两点的化学平衡常数：A=C
（5）工业上用Na₂SO₃吸收尾气中的SO₂，再用图2装置电解（惰性电极）NaHSO₃制取H₂SO₄（阴离子交换膜只永许阴离子通过），阳极电极反应式为：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺，阳极区逸出气体的成分为O₂、SO₂（填化学式）．

Answer 1

分析 （1）平衡常数表达式书写注意，不用固态和纯液体；
（2）根据盖斯定律解答，①C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H₁
②CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H₂
③C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H₃
据盖斯定律：①+②=③，；
（3）根据温度变化平衡常数的变化判断温度对化学平衡移动的影响，进而判断反应热，利用三段式法计算转化率，由表中数据可知，随着温度的升高，平衡常数减小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，说明正反应为f放热反应，设转化的CO浓度为x，
               CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
起始（mol/L）  0.020   0.020           0        0
转化（mol/L）    x       x             x        x
平衡（mol/L）（0.02-x）（0.02-x）       x        x
则有：$\frac{x×x}{（0.02-x）（0.02-x）}$=9
解之得：x=0.015mol/L；
（4）从平衡移动的角度分析各物理量的变化，
A．反应速率受温度、浓度、压强等因素影响，C点的压强远大于A，压强越大反应速率越大，C＞A；
B．NO₂为红棕色，颜色深浅与浓度大小有关，C点对于A点，增大了压强，平衡逆向移动，NO₂减少，但是因为C点压强远大于A点，所以被压缩后浓度增大要大于平衡移动造成的浓度减小，所以C的颜色深，A浅；
C．B、C两点在不同条件控制下平衡时NO2的体积分数相等，所以气体的总质量和总物质的量相等，平均相对分子质量相等B=C；
D．正反应为吸热反应，升高温度平衡正向移动，NO2的体积分数增大，所以加热不能实现状态A到状态B的转化；
E．A、C两点在同一温度线上，所以温度相同平衡常数相同，A=C；
（5）电解NaHSO₃溶液制取H₂SO₄，阴极是氢离子放电，由于含氧酸根的还原性比氢氧根离子强，因此阳极是亚硫酸氢根离子放电，部分亚硫酸氢根离子会和氢离子反应生成二氧化硫气体；

解答 解：（1）反应C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）中C为固体，所以其平衡常数表达式为：K=$\frac{c（CO）c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$，
故答案为：$\frac{c（CO）c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$；
（2）可知：
①C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H₁
②CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H₂
③C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H₃
据盖斯定律：①+②=③，则△H₁、△H₂、△H₃之间的关系是△H₃=△H₁+△H₂或△H₁=△H₃-△H₂或△H₂=△H₃-△H₁，
故答案为：△H₃=△H₁+△H₂或△H₁=△H₃-△H₂或△H₂=△H₃-△H₁；
（3）由表中数据可知，随着温度的升高，平衡常数减小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，说明正反应为f放热反应，设转化的CO浓度为x，
               CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
起始（mol/L）  0.020   0.020           0        0
转化（mol/L）    x       x             x        x
平衡（mol/L）（0.02-x）（0.02-x）       x        x
则有：$\frac{x×x}{（0.02-x）（0.02-x）}$=9
解之得：x=0.015mol/L，
所以转化率为：$\frac{0.015mol/L}{0.02mol/L}$×100%=75%，
故答案为：放热；75%；
（4）对反应N₂O₄（g）?2NO₂（g），△H＞0，在温度为T₁、T₂时，平衡体系中NO₂的体积分数随压强变化曲线如图2所示．则
A．A、C两点温度相同，A点压强小于C点的压强，压强越大，反应速率越大，则反应速率：A＜C，故A错误；
B．一方面，增大压强，N₂O₄和NO₂的浓度都增加，另一方面，该反应是气体体积增大的反应，增大压强，平衡逆向移动，NO₂百分含量降低，但平衡的移动不能抵消浓度的增加，所以NO₂浓度增大，相对于A点，C点颜色变深，故B错误；
C．B、C两点二氧化氮的体积分数相同，则混合气体的平均相对分子质量相同，故C错误；
D．A、B两点压强相同，该反应是吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，则二氧化氮的体积分数增大，故D错误；
E．A、C两点温度相同，化学平衡常数相同，故E正确．
故答案为：E；
（5）电解NaHSO₃溶液制取H₂SO₄，阴极是氢离子放电，由于含氧酸根的还原性比氢氧根离子强，因此阳极是亚硫酸氢根离子放电，电极反应为：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺，部分亚硫酸氢根离子会和氢离子反应生成二氧化硫气体．
故答案为：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺；O₂、SO₂．

点评 本题考查化学平衡计算、化学平衡图象、平衡常数、反应热计算、电解原理等，是对学生综合能力的考查，难度中等．