Question

17．SO₂、CO、NO_x是对环境影响较大的气体，对它们的合理控制和治理是优化我们生存环境的有效途径．请回答下列问题：
（1）已知25℃、101kPa时：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₁=-197kJ•mol^-1
H₂O（g）=H₂O（l）△H₂=-44kJ•mol^-1
2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）=2H₂SO₄（l）△H₃=-545kJ•mol^-1
则SO₃（g）与H₂O（l）反应的热化学方程式是SO₃（g）+H₂O（l）═2H₂S O₄（l）△H=-130 kJ/mol．
（2）若反应2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g ），△H=-241.8kJ•mol^-1，根据下表数据．则x=738.2 kJ•mol^-1．

化学键	H-H	O═O	O-H
断开1mol化学键所需的能量/kJ	436	x	463

（3）甲醇汽油也是一种新能源清洁燃料．工业上可用CO和H₂制取甲醇，热化学方程式为：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90kJ•mol^-1
①该温度下，在两个容积均为1L的密闭容器中，分别发生该反应：

容器	甲	乙
反应物投入量	1mol CO （g）和2mol H2（g）	1mol CH3OH（g）
平衡时c（CH3OH）	c1	c2
平衡时能量变化	放出54kJ	吸收a kJ

则 c₁₌ c₂（填“＞”或“＜”或“=”），a=36．
②若密闭容器容积与①相同，Ⅰ、Ⅱ曲线（图1）分别表示投料比不同时的反应过程． 若Ⅱ反应的n（CO）起始=10mol、投料比为0.5，则：A点的平衡常数K_A=0.01，B点的平衡常数K_B=K_A．（填“＞”或“＜”或“=”）
③为提高CO转化率可采取的措施是减小投料比，降低温度，增大压强，分离出CH₃OH等（至少答出两条）．
（4）电解NO制备NH₄NO₃，其工作原理如图2所示，则a电极名称为阴极，b电极反应式为NO+2H₂O-3e^-=NO₃^-+4H⁺．

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律，已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减构造目标热化学方程式，反应热也进行相应的计算；
（2）反应热=反应物总键能-生成物总键能；
（3）①恒温恒容下，甲中起始投入1mol CO （g）和2mol H₂（g），相当于起始投入1mol CH₃OH（g），则甲与乙为完全等效平衡，平衡时对应各物质的浓度相等；
根据甲平衡时放出的热量，计算甲中平衡时生成CH₃OH的物质的量，甲、乙为完全等效平衡，平衡时甲醇的物质的量相等，可以计算乙中参加反应甲醇的物质的量，结合反应热计算乙中吸收的热量；
②根据投料比计算起始投入氢气物质的量，由图可知，曲线Ⅱ上A点CO的转化率为50%，据此计算参加反应CO的物质的量，利用三段式计算平衡时各物质的物质的量，由于体积为1L，用物质的量代替浓度代入平衡常数表达式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$计算；
平衡常数只受温度影响，温度相等，则平衡常数相等；
③为提高CO转化率，改变条件应使平衡向正反应方向移动，该反应正反应为气体体积减小的放热反应，结合平衡移动原理解答；
（3）由图可知，a极上NO生成NH₄⁺，发生还原反应，为电解池阴极，b极上NO生成NO₃^-，发生氧化反应，由元素守恒有水参加反应，由电荷守恒可知有氢离子生成．

解答 解：（1）已知：①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₁=-197kJ•mol^-1
②H₂O（g）=H₂O（l）△H₂=-44kJ•mol^-1
③2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）=2H₂SO₄（l）△H₃=-545kJ•mol^-1
根据盖斯定律，（③-①）×$\frac{1}{2}$-②得：SO₃（g）+H₂O（l）═2H₂S O₄（l）△H=$\frac{1}{2}$×[（-545kJ/mol）-（-197kJ/mol）]-（-44kJ/mol）=-130 kJ/mol，
故反应热化学方程式为：SO₃（g）+H₂O（l）═2H₂S O₄（l）△H=-130 kJ/mol，
故答案为：SO₃（g）+H₂O（l）═2H₂S O₄（l）△H=-130 kJ/mol；
（2）由于反应热=反应物总键能-生成物总键能，则：2×436kJ/mol+xkJ/mol-4×463kJ/mol=-241.8kJ/mol，解得x=738.2，
故答案为：738.2；
（3）①恒温恒容下，甲中起始投入1mol CO （g）和2mol H₂（g），相当于起始投入1mol CH₃OH（g），则甲与乙为完全等效平衡，平衡时对应各物质的浓度相等，即c₁=c₂，
甲中放出热量为54kJ，则生成甲醇为1mol×$\frac{54kJ}{90kJ}$=0.6mol，甲、乙为完全等效平衡，平衡时甲醇的物质的量相等，乙中参加反应甲醇的物质的量为1mol-0.6mol=0.4mol，乙中吸收的热量为0.4mol×90kJ/mol=36kJ，
故答案为：=；36；
②若Ⅱ反应的n（CO）起始=10mol、投料比为0.5，则起始投入氢气为20mol，由图可知，曲线Ⅱ上A点CO的转化率为50%，参加反应CO的物质的量为10mol×50%=5mol，则：
          CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
开始（mol）：10     20        0
转化（mol）：5      10        5
平衡（mol）：5      10        5
由于体积为1L，用物质的量代替浓度计算，故平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{5}{5×1{0}^{2}}$=0.01，
平衡常数只受温度影响，与物质的起始浓度无关，A、B两点温度相等，故平衡常数K_B=K_A，
故答案为：0.01；=；
③为提高CO转化率，改变条件应使平衡向正反应方向移动，该反应正反应为气体体积减小的放热反应，可以采取的措施有：减小投料比，降低温度，增大压强，分离出CH₃OH等，
故答案为：减小投料比，降低温度，增大压强，分离出CH₃OH等；
（3）由图可知，a极上NO生成NH₄⁺，发生还原反应，为电解池阴极，b极上NO生成NO₃^-，发生氧化反应，由元素守恒有水参加反应，由电荷守恒可知有氢离子生成，b极电极反应式为：NO+2H₂O-3e^-=NO₃^-+4H⁺，
故答案为：阴极；NO+2H₂O-3e^-=NO₃^-+4H⁺．

点评 本题属于拼合型题目，涉及热化学方程式书写、反应热计算、化学平衡有关计算及影响因素、电解池等，侧重考查学生对知识的迁移应用，（3）中①注意形成规律：从正、逆两个过程形成的完全等效平衡，反应的热量之和等于反应热数值的绝对值．