Question

17．研究NO₂、SO₂、CO等大气污染气体的处理具有重要意义．
（1）已知：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1
则反应NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的△H=-41.8kJ•mol^-1
（2）一定条件下，将NO₂与SO₂以体积比2：1置于密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是BD．
A．体系压强保持不变
B．混合气体颜色保持不变
C．SO₃和NO的体积比保持不变
D．每消耗1molSO₃的同时生成1mol NO
测得上述反应达平衡时NO₂与SO₂的体积比为5：1，则平衡常数K=1.8
（3）CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图（1）所示．该反应△H＜0（填“＞”或“＜”）．实际生产条件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，选择此压强的理由是：在1.3×10⁴kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强CO的转化率提高不大，而生产成本增加得不偿失．

（4）依据燃烧的反应原理，合成的甲醇可以设计如图（2）所示的原电池装置．
①该电池工作时，OH^-向负极移动（填“正”或“负”）．
②该电池正极的电极反应式为O₂+2H₂O+4e^-═OH^-．

Answer 1

分析 （1）利用盖斯定律可知，$\frac{1}{2}$（①-②）可得目标反应，据此可计算出其反应热；
（2）可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各组分的浓度、百分含量不再变化，据此进行判断；利用三段法计算平衡时的浓度来计算化学平衡常数；
（3）从横坐标上一点，画一条平行于纵坐标的虚线，看相同压强下不同温度时CO的平衡转化率，温度越低转化率越低，说明，升温时平衡向逆向移动；
（4）原电池中负极是电子发生氧化反应，正极上 得到电子发生还原反应，燃料电池一般燃料在负极反应，氧气再正极反应，溶液中的阴离子移向负极．

解答 解：（1）已知：①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1，利用盖斯定律将$\frac{1}{2}$（①-②）得：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
△H=$\frac{1}{2}$×（-196.6kJ•mol^-1）-$\frac{1}{2}$×（-113.0kJ•mol^-1）=-41.8kJ•mol^-1，
故答案为：-41.8；
（2）A．本反应是反应前后气体分子数不变的反应，故体系的压强保持不变，故A不能说明反应已达到平衡状态，故A错误；
B．随着反应的进行，NO₂的浓度减小，颜色变浅，故B可以说明反应已达平衡，故B正确；
C．SO₃和NO都是生成物，比例保持1：1，故C不能作为平衡状态的判断依据，故C错误；
D．D中每消耗1molSO₃所述的是逆反应速率，同时生成1mol NO所述的是正反应速率，两者相等，能作为平衡状态的判断依据，故D正确；
             NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
起始物质的体积 2a      a         0         0
转化物质的体积  x      x        x         x
平衡物质的体积2a-x    a-x      x           x
则（2a-x）：（a-x）=5：1，整理可得：x=0.75a，故平衡常数K=$\frac{{x}^{2}}{（2a-x）×（a-x）}$=1.8，
故答案为：BD；1.8；
（3）由图可知，温度升高，CO的转化率降低，平衡向逆反应方向移动，故逆反应是吸热反应，正反应是放热反应，△H＜0；压强大，有利于加快反应速率，有利于使平衡正向移动，但压强过大，需要的动力大，对设备的要求也高，故选择250℃、1.3×104kPa左右的条件．因为在250℃、压强为1.3×10⁴ kPa时，CO的转化率已较大，再增大压强，CO的转化率变化不大，没有必要再增大压强，
故答案为：＜；在1.3×10⁴kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强CO的转化率提高不大，而生产成本增加得不偿失；
（4）①依据甲醇燃烧的反应原理，结合如图所示的原电池装置，负极上失电子发生氧化反应，正极上得到电子发生还原反应；阴离子移向负极；
故答案为：负；
②一般燃料在负极上发生反应，氧气再正极发生还原反应；负极电极反应为：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，正极电极反应为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

点评 本题考查较为综合，涉及化学平衡的计算、热化学方程式的书写、化学平衡的平衡状态的判断、影响化学平衡的因素、原电池的原理应用等知识，题目难度中等，明确化学平衡及其影响为解答关键，注意掌握盖斯定律的内容及应用方法，试题培养了学生的分析、理解能力及灵活应用能力．