Question

10．研究碳氧化物的利用对促进低碳社会的构建具有重要的意义．
（1）二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向，已知：
①2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1
②CH₃OH（g）+3/2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-677kJ•mol^-1
以CO₂和H₂为原料合成甲醇的热化学方程式为CO₂（g）+3H₂ （g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49kJ•mol^-1，
已知甲醇制备的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如表所示：

化学反应	平衡常数	温度（℃）
		500	800
①2H2（g）+CO（g）?CH3OH（g）	K1	2.5	0.15
②H2（g）+CO2（g）?H2O （g）+CO（g）	K2	1.0	2.50
③3H2（g）+CO2（g）?CH3OH（g）+H2O （g）	K3

（2）某温度下反应①中H₂的平衡转化率（a）与体系总压强（P）的关系如图1所示．则平衡状态由A变到B时，平衡常数K_（A）=K_（B）（填“＞”、“＜”或“=”）．

（3）判断反应③△H＜0；△S＜0（填“＞”“=”或“＜”）
在500℃、2L的密闭容器中，进行反应③，测得某时刻H₂、CO₂、CH₃OH、H₂O的物质的量分别为6mol、2mol、10mol、10mol，此时v_（正）＞v_（逆） （填“＞”“=”或“＜”）一定温度下，在3L容积可变的密闭容器中发生反应H₂（g）+CO₂（g）?H₂O （g）+CO（g），已知c（CO）与反应时间t变化曲线Ⅰ如图2所示，若在t₀时刻分别改变一个条件，曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ和曲线Ⅲ．当曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ时，改变的条件是加入催化剂当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时，改变的条件是将容器的体积快速压缩至2L．利用原电池原理，用SO₂、O₂和H₂O来制备硫酸，该电池用多孔材料作电极，它能吸附气体，同时也能使气体与电解质溶液充分接触．请写出该电池负极的电极反应式SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺．
（4）利用Na₂SO₃溶液充分吸收SO₂制得NaHSO₃溶液．
常温时吸收液吸收SO₂的过程中，pH随n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）变化关系如表：

n（SO32-）：n（HSO3-）	91：9	1：1	1：91
PH	8.2	7.2	6.2

以下离子浓度关系的判断正确的是C
A．NaHSO₃溶液中c（H⁺）＜c（OH^-）
B．Na₂SO₃溶液中c（Na⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（HSO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）
C．当吸收液呈中性时，c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）=c（H⁺）
D．当n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）=1：1时，c（Na⁺）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）．

Answer 1

分析 （1）①2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1
②CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-677kJ•mol^-1；依据盖斯定律①×$\frac{3}{2}$-②计算得到；
（2）依据平衡常数随温度变化，不随压强变化，则温度不变平衡常数不变；
（3）反应③是气体体积减小的反应△S＜0，分析反应特征可知平衡常数K₃=K₁×K₂，计算不同温度下反应③的平衡常数，结合温度变化分析判断反应焓变△H＜0；依据某时刻浓度商计算和平衡常数比较判断反应进行的方向；
图象分析曲线Ⅰ变化为曲线Ⅱ是缩短反应达到平衡的时间，最后达到相同平衡状态，体积是可变得是恒压容器，说明改变的是加入了催化剂；当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时一氧化碳物质的量增大，反应是气体体积不变的反应，可变容器中气体体积和浓度成反比，气体物质的量不变；
依据原电池原理，负极是失电子发生氧化反应，二氧化硫失电子生成硫酸的过程；
（4）A．NaHSO₃溶液电离大于水解呈酸性；
B．Na₂SO₃溶液因为亚硫酸根水解生成亚硫酸氢根和氢氧根而呈碱性，亚硫酸氢根还水解生成亚硫酸和氢氧根，所以c（OH^-）＞c（HSO₃^-）；
C．溶液呈中性时，溶液中氢离子浓度等于氢氧根离子浓度，亚硫酸氢根离子浓度大于亚硫酸根离子浓度结合电荷守恒判断；
D．当n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）=1：1时，溶液不成中性结合电荷守恒判断．

解答 解：（1）①2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1
②CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-677kJ•mol^-1；依据盖斯定律①×$\frac{3}{2}$-②得到CO₂（g）+3H₂ （g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49kJ•mol^-1；
故答案为：CO₂（g）+3H₂ （g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49kJ•mol^-1；
（2）依据平衡常数随温度变化，不随压强变化分析，图象中平衡状态由A变到B时，压强改变，温度不变，所以平衡常数不变，故答案为：=；
（3）反应③3H₂（g）+CO₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）是气体体积减小的反应△S＜0，分析反应特征可知平衡常数K₃=K₁×K₂，计算不同温度下反应③的平衡常数，500°C时，K₃=K₁×K₂=2.5×1.0=2.5，800°C时，K₃=K₁×K₂=2.5×0.15=0.375，结合温度变化分析，随温度升高，平衡常数减小，平衡逆向进行，所以判断反应是放热反应，焓变△H＜0，依据反应①+②得到反应③，所以平衡常数K₃=K₁×K₂；在500℃、2L的密闭容器中，进行反应③，测得某时刻H₂、CO₂、CH₃OH、H₂O的物质的量分别为6mol、2mol、10mol、10mol，Q=$\frac{5×5}{3{\;}^{3}×1}$=0.93＜K=2.5，反应正向进行，V正＞V逆；
故答案为：＜；＜；＞；
图象分析曲线Ⅰ变化为曲线Ⅱ是缩短反应达到平衡的时间，最后达到相同平衡状态，体积是可变得是恒压容器，说明改变的是加入了催化剂；当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时一氧化碳物质的量增大，反应是气体体积不变的反应，可变容器中气体体积和浓度成反比，气体物质的量不变，曲线Ⅰ，体积为3L，一氧化碳浓度为3mol/L，改变条件不好为曲线Ⅱ，一氧化碳浓度为4.5mol/L，则体积压缩体积为：3：V=4.5：3，V=2L，所以将容器的体积快速压缩至2L符合；
故答案为：加入催化剂；将容器的体积快速压缩至2L；
该原电池中，负极上失电子被氧化，二氧化硫到硫酸，硫的化合价升高，所以负极上投放的气体是二氧化硫，二氧化硫失电子和水反应生成硫酸根离子和氢离子，所以负极上的电极反应式为：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，
故答案为：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；
（4）A．NaHSO₃溶液呈酸性，则c（H⁺）＞c（OH^-），故A错误；
B．Na₂SO₃溶液因为亚硫酸根水解生成亚硫酸氢根和氢氧根而呈碱性，亚硫酸氢根还水解生成亚硫酸和氢氧根，所以c（OH^-）＞c（HSO₃^-），故B错误；
C．溶液呈中性时，溶液中氢离子浓度等于氢氧根离子浓度，亚硫酸氢根离子浓度大于亚硫酸根离子浓度，溶液中阴阳离子所带电荷相等，所以得c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H^-）=c（OH^-），故C正确；
D．当n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）=1：1时，溶液不成中性，所以c（Na⁺）不等于c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-），故D错误；
故选：C．

点评 本题考查了盖斯定律的应用，化学平衡影响因素分析判断，平衡常数计算和影响条件的应用，原电池反应和电解质溶液中离子浓度大小比较，题目综合性较大，掌握基础是关键，题目难度中等．