Question

1．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=5：4．
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）催化硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染．
①催化硝化法中，用H₂将NO${\;}_{3}^{-}$还原为N₂，一段时间后，溶液的碱性明显增强．则该反应离子方程式为2NO₃^-+5H₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$N₂+2OH^-+4H₂O．
②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↑+2H₂，则阴极反应式为2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O．
（4）欲降低废水中重金属元素铬的毒性，可将Cr₂O₇^2-转化为Cr（OH）₃沉淀除去．
已知在常温下：Ksp[Fe（OH）₂]1×10^-15、Ksp[Fe（OH）₃]=1×10^-38、Ksp[Cr（OH）₃]=1×10^-23，当离子浓度在1×10^-5mol/L以下时认为该离子已经完全沉淀，请回答：
①在某含Cr₂O₇^2-废水中加入适量的绿矾（FeSO₄•7H₂O），加入绿矾目的是（用离子方程式表示）Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O
②浓度为0.1mol/L的Fe²⁺与10.0mol/L Cr³⁺共（一起）沉淀的pH范围是7.0～8.0

Answer 1

分析 （1）据已知热化学方程式，利用盖斯定律解答；
（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，据此计算其物质的量之比；
相同温度下，化学平衡常数相等，据此计算两个容器体积之比；
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）①用H₂将NO₃^-还原为N₂，一段时间后，溶液的碱性明显增强，说明该反应中生成氢氧根离子；
②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，根据电池反应式知，阴极上硝酸根离子得电子生成氮气和水；
（4）①若将Cr₂O₇^2-转化为Cr（OH）₃沉淀除去，必须将Cr从+6价还原为+3价；
②据Ksp[Fe（OH）₂]1×10^-15、Ksp[Cr（OH）₃]=1×10^-23，计算其pH．

解答 解：（1）已知①H₂（g）+1/2O₂（g）═H₂O（g）△H₁=-241.8kJ•mol^-1
②C（s）+1/2O₂（g）═CO（g）△H₂=-110.5kJ•mol^-1
据盖斯定律，②-①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=5：4，故答案为：5：4；
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）①用H₂将NO₃^-还原为N₂，一段时间后，溶液的碱性明显增强，说明该反应中生成氢氧根离子，同时还生成水，所以反应方程式为2NO₃^-+5H₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$N₂+2OH^-+4H₂O，故答案为：2NO₃^-+5H₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$N₂+2OH^-+4H₂O；
②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，根据电池反应式知，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）①若将Cr₂O₇^2-转化为Cr（OH）₃沉淀除去，必须将Cr从+6价还原为+3价，加入绿矾（FeSO₄•7H₂O）的目的是还原6价Cr，反应的离子方程式为：Cr₂O₇^2-+6 Fe²⁺+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，故答案为：Cr₂O₇^2-+6 Fe²⁺+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O；
②Ksp[Fe（OH）₂]1×10^-15，Fe²⁺开始沉淀时，c（Fe²⁺ ）=0.1mol/L，溶液的pH=7.0；完全沉淀时，c（Fe²⁺）=1×10^-5 mol/L时，溶液的pH=9.0；
Ksp[Cr（OH）₃]=1×10^-23，Cr3+开始沉淀时，c（Cr ³⁺ ）=10.0mol/L时，c（OH^-）=1×10^-8 mol/L，pH=6.0；完全沉淀时，c（Cr ³⁺ ）=1×10 ^-5 mol/L时，溶液的pH=8.0；故二者共沉淀的pH范围是7.0～8.0，
故答案为：7.0～8.0．

点评 本题考查化学平衡及电解原理，知道化学平衡状态判断方法、温度与化学平衡常数的关系、外界条件对化学平衡的影响、电解原理等知识点分析解答即可，注意（1）③中根据化学平衡常数计算容器体积之比，注意：只有反应前后改变的物理量才能作为化学平衡状态的判断依据，题目难度中等．