Question

3．减少污染、保护环境是全世界最热门的课题．
（1）为了减少空气中SO₂的排放，常采取的措施有：将煤转化为清洁气体燃料．
已知：H₂（g）+1/2O₂（g）═H₂O（g）△H₁=-241.8kJ•mol^-1
C（s）+1/2O₂（g）═CO（g）△H₂=-110.5kJ•mol^-1
则焦炭与水蒸气反应生成CO的热化学方程式为：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1
（2）CO在催化剂作用下可以与H₂反应生成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．在密闭容器中充有10mol CO与20mol H₂，CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图1所示．

①M、N两点平衡状态下，容器中总物质的物质的量之比为：n（M）总：n（N）总=10：8．
②若M、N、Q三点的平衡常数K_M、K_N、K_Q的大小关系为K_M=K_N＞K_Q．
（3）电化学降解NO${\;}_{3}^{-}$的原理如图2所示，电源正极为a（填“a”或“b”）；若总反应为4NO₃^-+4H⁺$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$5O₂↑+2N₂↑+2H₂O，则阴极反应式为2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O．
（4）已知25℃时，电离常数K_a（HF）=3.6×10^-4，溶度积常数K_sp（CaF₂）=1.5×10^-10．现向1000L 1.5×10^-2mol/L CaCl₂溶液中通入氟化氢气体，当开始出现白色沉淀时，通入的氟化氢为0.128 mol（保留3位有效数字）

Answer 1

分析 （1）已知：①．H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H₁=-241.8kJ•mol^-1
②．C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H₂=-110.5kJ•mol^-1
根据盖斯定律，②-①可得：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g），△H=△H₂-△H₁；
（2）①M点时，CO转化率为50%，则参加反应的n（CO）=10mol×50%=5mol，还剩余5molCO，根据方程式知，还剩余n（H₂）=20mol-5mol×2=10mol，生成n（CH₃OH）=5mol；
N点时，CO转化率为70%，参加反应的n（CO）=10mol×70%=7mol，还剩余3molCO，根据方程式知，还剩余n（H₂）=20mol-7mol×2=6mol，生成n（CH₃OH）=7mol；
②化学平衡常数只与温度有关，相同温度时其平衡常数相等，升高温度平衡向逆反应方向移动，其平衡常数减小；
（3）根据图象知，硝酸根离子得电子发生还原反应，则b为负极、a为正极，阴极上硝酸根离子得电子生成氮气和水；
（4）根据溶度积常数K_sp（CaF₂）=1.5×10^-10，计算溶液中溶液中最小c（F^-），溶液中c（H⁺）≈c（F^-）=10^-4mol/L，再根据电离常数K_a（HF）=3.6×10^-4计算溶液中c（HF），再根据n（HF）=[c（F^-）+c（HF）]×V计算．

解答 解：（1）已知：①．H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H₁=-241.8kJ•mol^-1
②．C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H₂=-110.5kJ•mol^-1
根据盖斯定律，②-①可得：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1，
故答案为：C（s）+H₂O（g））═CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1；
（2）①M点时，CO转化率为50%，则参加反应的n（CO）=10mol×50%=5mol，还剩余5molCO，根据方程式知，还剩余n（H₂）=20mol-5mol×2=10mol，生成n（CH₃OH）=5mol；
N点时，CO转化率为70%，参加反应的n（CO）=10mol×70%=7mol，还剩余3molCO，根据方程式知，还剩余n（H₂）=20mol-7mol×2=6mol，生成n（CH₃OH）=7mol，
所以容器中总物质的物质的量之比为：n（M）_总：n（N）_总=（5+10+5）mol：（3+6+7）mol=10：8，
故答案为：10：8；
②化学平衡常数只与温度有关，相同温度时其平衡常数相等，升高温度平衡向逆反应方向移动，其平衡常数减小，根据图象知，温度：M=N＜Q，则若M、N、Q三点的平衡常数K_M、K_N、K_Q的大小关系为K_M=K_N＞K_Q，故答案为：K_M=K_N＞K_Q；
（3）根据图象知，硝酸根离子得电子发生还原反应，则b为负极、a为正极，阴极上硝酸根离子得电子生成氮气和水，电极反应式为2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O，
故答案为：a；2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O；
（4）现向1000L 1.5×10^-2mol/L CaCl₂溶液中通入氟化氢气体，当开始出现白色沉淀时，溶液中最小c（F^-）=$\sqrt{\frac{1.5×1{0}^{-10}}{1.5×1{0}^{-2}}}$mol/L=10^-4mol/L，溶液中c（H⁺）≈c（F^-）=10^-4mol/L，电离常数K_a（HF）=3.6×10^-4，则溶液中c（HF）=$\frac{1{0}^{-4}×1{0}^{-4}}{3.6×1{0}^{-4}}$mol/L=$\frac{1}{3.6}$×10^-4mol/L，故通入的氟化氢为1000L×（10^-4mol/L+$\frac{1}{3.6}$×10^-4mol/L）=0.128，
故答案为：0.128．

点评 本题考查化学平衡计算、热化学方程式书写、原电池、溶度积于电离平衡常数有关计算等，是对学生综合能力的考查，难度中等．