Question

16．“低碳生活”既是时尚，也是环保要求．目前碳及其化合物的综合利用已成为科学家研究的重要课题．
（1）在汽车排放气装置中安装一个净化器可以有效地处理汽车有毒尾气．
如：CO（g）+HO₂（g）═NO（g）+CO₂（g）△H=-akJ•mol^-1（a＞0）
2CO（g）+2NO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H=-bkJ•mol^-1（b＞0）
则用标准状况下的4.48L CO还原NO₂至N₂（CO完全反应）的整个过程中放出的热量为（0.1a+0.05b）kJ（用含a和b的代数式表示）．
（2）高温时，用CO还原MgSO₄可制备高纯MgO．
①750℃时，测得气体中含等物质的量SO₂和SO₃，此时反应的化学方程式是2MgSO₄+CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2MgO+CO₂+SO₂+SO₃．
②由MgO可制成“镁一次氯酸盐”燃料电池，其装置示意图如图（a）所示，该电池反应的离子方程式为Mg+ClO^-+H₂O=Cl^-+Mg（OH）₂
（3）二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向，将CO₂转化为甲醇的热化学方程式为：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H
取两份等体积CO₂和H₂的混合气体（物质的量之比均为1：3），分别加入温度不同、容积相同的Ⅰ、Ⅱ两个恒容密闭容器，发生上述反应．
①若测得连个容器中CH₃OH的物质的量随时间变化如图（b）所示，则该反应的△H＜0（填“＞”“＜”或“=”．下一问相同）．曲线Ⅰ、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为K_Ⅰ＞K_Ⅱ（填“＞”“＜”或“=”）．
②若350℃时，测得其中某个容器中反应达到平衡后，CO₂转化率为a，则容器内的压强与起始压强之比为$\frac{（2-a）}{2}$．

Answer 1

分析 （1）已知：①CO（g）+NO₂（g）═NO（g）+CO₂（g）△H=-akJ•mol^-1（a＞0）
②2CO（g）+2NO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H=-bkJ•mol^-1（b＞0）
根据盖斯定律，①×2+②可得：4CO（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+4CO₂（g）△H=-（2a+b）kJ•mol^-1，再根据CO物质的量计算放出的热量；
（2）①750℃时，CO还原MgSO₄制备高纯MgO，测得气体中含等物质的量SO₂和SO₃，CO中碳元素化合价升高被氧化为二氧化碳；
②由原电池装置示意图可知，负极是Mg失去电子与氢氧根离子生成氢氧化镁，正极是次氯酸根获得电子，在水参与下得到氯离子、氢氧根离子，整个过程为Mg、ClO、H₂O反应得到Cl^-与Mg（OH）₂；
（3）①由图可知，容器Ⅱ先到达平衡，故容器Ⅱ中温度较高，而平衡时甲醇的物质的量比容器I中小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小；
②令起始加入1molCO₂、3molH₂，若350℃时，测得其中某个容器中反应达到平衡后，CO₂转化率为a，则转化的二氧化碳为amol，计算平衡时混合气体总物质的量，恒温恒容下，压强之比等于物质的量之比．

解答 解：（1）已知：①CO（g）+NO₂（g）═NO（g）+CO₂（g）△H=-akJ•mol^-1（a＞0）
②2CO（g）+2NO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H=-bkJ•mol^-1（b＞0）
根据盖斯定律，①×2+②可得：4CO（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+4CO₂（g）△H=-（2a+b）kJ•mol^-1，
标况下4.48L CO为$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，完全反应放出的热量为（2a+b）kJ×$\frac{0.2mol}{4mol}$=（0.1a+0.05b）kJ，
故答案为：（0.1a+0.05b）；
（2）①750℃时，CO还原MgSO₄制备高纯MgO，测得气体中含等物质的量SO₂和SO₃，CO中碳元素化合价升高被氧化为二氧化碳，配平后方程式为：2MgSO₄+CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2MgO+CO₂+SO₂+SO₃，
故答案为：2MgSO₄+CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2MgO+CO₂+SO₂+SO₃；
②由原电池装置示意图可知，负极是Mg失去电子与氢氧根离子生成氢氧化镁，正极是次氯酸根获得电子，在水参与下得到氯离子、氢氧根离子，整个过程为Mg、ClO、H₂O反应得到Cl^-与Mg（OH）₂，该电池反应的离子方程式为：Mg+ClO^-+H₂O=Cl^-+Mg（OH）₂，
故答案为：Mg+ClO^-+H₂O=Cl^-+Mg（OH）₂；
（3）①由图可知，容器Ⅱ先到达平衡，故容器Ⅱ中温度较高，而平衡时甲醇的物质的量比容器I中小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，平衡常数减小，故△H＜0，K_Ⅰ＞K_Ⅱ，
故答案为：＜；＞；
②令起始加入1molCO₂、3molH₂，若350℃时，测得其中某个容器中反应达到平衡后，CO₂转化率为a，则转化的二氧化碳为amol，则：
           CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol）：1       3        0         0
变化量（mol）：a       3a       a         a
平衡量（mol）：1-a     3-3a     a         a
恒温恒容下，压强之比等于物质的量之比，则容器内的压强与起始压强之比为（1-a+3-3a+a+a）：（1+3）=$\frac{（2-a）}{2}$，
故答案为：$\frac{（2-a）}{2}$．

点评 本题考查化学平衡计算及影响因素、平衡常数、反应热计算、原电池等，是对学生综合能力考查，需要学生具备扎实的基础与分析解决问题能力，难度中等．