Question

3．一氧化碳是一种用途广泛的化工基础原料．
（l）在高温下CO可将SO₂还原为单质硫．已知：
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₁=-566.0kJ•mol^-1；
S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H₂=-296.0kJ•mol^-1；
请写出CO还原SO₂的热化学方程式2CO（g）+SO₂（g）=S（s）+2CO₂（g）△H₃=-270 kJ•mol^-1．
（2）工业上用一氧化碳制取氢气的反应为：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），已知420℃时，该反应的化学平衡常数K=9．如果反应开始时，在2L的密闭容器中充入CO和H₂O的物质的量都是0.60mol，5min末达到平衡，则此时CO的转化率为75%，H₂的平均生成速率为0.045mol•L^-1•min^-1．
（3）CO与H₂反应还可制备CH₃OH，CH₃OH可作为燃料使用，用CH₃OH和O₂组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图

电池总反应为：2CH₃OH+3O₂═2CO₂+4H₂O，则c电极是负极（填“正极”或“负极”），c电极的反应方程式为CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺．若用该电池电解精炼铜（杂质含有Ag和Fe），粗铜应该接此电源的d极（填“c”或“d”），反应过程中析出精铜64g，则上述CH₃OH燃料电池，消耗的O₂在标况下的体积为11.2L．

Answer 1

分析 （1）利用盖斯定律可以根据已知的反应的热化学方程式求反应2CO+SO₂=S+2CO₂的焓变，进而写热化学方程式；
（2）根据所给反应的平衡常数，利用三段式法计算出平衡浓度减小求算，
                CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始浓度（mol/L）0.30    0.30      0        0
转化浓度（mol/L） x       x        x        x
转化浓度（mol/L）0.30-x  0.30-x    x        x
（3）原电池中电子从负极经外电路流向正极，负极反应氧化反应，结合电解质书写电极反应式；
根据c为负极，d为正极，粗铜精炼时，粗铜作阳极，与电源的正极相连；
根据电子得失守恒以及精铜中铜离子得到电子来计算．

解答 解：（1）①2CO（g）+O₂（s）=2CO₂（g）△H₁=-566.0kJ•mol^-1
②S（s）+O₂（g）=SO₂ （g）△H₂=-296.0kJ•mol^-1
根据盖斯定律，①-②得到2CO（g）+SO₂（g）=S（s）+2CO₂（g）；△H=-270 kJ•mol^-1；
故答案为：2CO（g）+SO₂（g）=S（s）+2CO₂（g）△H₃=-270 kJ•mol^-1；
（2）设参加反应的CO的浓度为x         
                 CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始浓度（mol/L）0.30    0.30      0        0
转化浓度（mol/L） x       x        x        x
转化浓度（mol/L）0.30-x  0.30-x    x        x
K=9.0=$\frac{{x}^{2}}{（0.30-x）^{2}}$，x=0.225，
所以CO的转化率α（CO）=$\frac{0.225mol/L}{0.30mol/L}$×100%=75%，
氢气反应速率v（H₂）=$\frac{0.225mol/L}{5min}$=0.045mol/（L•min），
故答案为：75%；0.045mol/（L•min）；
（3）甲醇具有还原性，在负极上发生氧化反应生成CO₂，电极反应式为：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，
因c为负极，d为正极，粗铜精炼时，粗铜作阳极，与电源的正极d相连，
精铜电极电极反应式：Cu²⁺+2e^-=Cu，Cu²⁺的物质的量为=$\frac{64g}{64g/mol}$=1mol，由电子得失守恒可知电子转移2mol，
原电池中正极电极反应为4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，则生成氧气物质的量为0.5mol，体积=0.5mol×22.4L/mol=11.2L；
故答案为：负极；CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；d；11.2．

点评 本题考查了化学平衡常数的求算、电解质原理、原电池原理、氧化还原反应，综合性强，难度中等．