Question

13．雾霾中含有多种污染物，其中有氮氧化物（NO_x）、CO、SO₂等．它们可以通过化学反应得到一定消除或转化
（1）氮硫的氧化物的转化：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H
已知：①NO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?NO₂（g）△H₁=-56.5kJ•mol^-1
②2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₂=-196.6kJ•mol^-1
则反应△H=-41.8kJ•mol^-1．
一定条件下，将NO₂与SO₂以一定比例置于恒温恒容的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有b．
a．混合气体的密度不变
b．混合气体颜色保持不变
c．SO₃和NO的体积比保持不变
d．反应速率ν（NO₂）：ν（SO₂）：ν（SO₃）：ν（NO）=1：1：1：1
（2）碳氧化物的转化：
①CO可用于合成甲醇，反应方程式为：CO+2H₂?CH₃OH，在一恒温恒容密闭容器中充入1molCO和2molH₂进行上述反应．测得CO和CH₃OH（g）浓度随时间变化如图1所示．回答：0～10min内，氢气的平均反应速率为0.15mol/（L•min）；第10min后，保持温度不变，向该密闭容器中再充入1molCO（g）和1molCH₃OH（g），则平衡正向（填“正向”、“逆向”或“不”）移动．
②通过电解CO制备CH₄，电解质为碳酸钠溶液，工作原理如图2所示，写出阴极区电极反应式CO+6e^-+5H₂O=6OH^-+CH₄．若以甲醇燃料电池作为电源，则生成标准状况下1.12LCH₄需要消耗CH₃OH的质量为1.6．
（3）硫氧化物的转化：硫的氧化物与一定量氨气、空气反应，可生成硫酸铵．硫酸铵水溶液呈酸性的原因是NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺（用离子方程式表示）；室温时，向（NH₄）₂SO₄溶液中滴入NaOH溶液至溶液呈中性，则所得溶液中微粒浓度大小关系c（Na⁺）=c（NH₃•H₂O）（填“√”、“＜”或“=”）．

Answer 1

分析 （1）利用盖斯定律计算反应热，得到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，由此衍生的一些物理量也不变；
（2）①根据v=$\frac{△c}{△t}$，计算甲醇的反应速率，反应速率之比等于化学方程式计量数之比计算氢气的反应速率，化学平衡常数为生成物浓度幂之比与反应物浓度幂之积的比进而求得化学平衡常数，计算再充入1molCO（g）和1molCH₃OH（g）的浓度商和平衡常数比较平淡反应进行的方向；
②由此电解原理可知，阳极失去电子生成二氧化碳气体，加入碳酸钠，碳酸钠与二氧化碳反应生成碳酸氢钠，阴极CO得到电子生成甲烷气体，甲醇燃料电池，甲醇在负极失电子发生氧化反应，氧气在正极放电，酸性条件下生成水；
（3）（NH₄）₂SO₄为强酸弱碱盐，NH₄⁺水解显酸性，根据电荷守恒：c（NH₄⁺）+c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（SO₄^2-）+c（OH^-），由物料守恒可知c（NH₄⁺）+c（NH₃•H₂O）=2c（SO₄^2-），结合溶液呈中性，联立判断．

解答 解：（1）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1①
2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1 ②
将方程式$\frac{①-②}{2}$得：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H=$\frac{-196.6KJ/mol-（-113.0KJ/mol）}{2}$=-41.8kJ/mol，
a．随反应：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的进行，气体的质量和体积都不变，所以ρ=$\frac{m}{V}$也不变，不能说明到达平衡状态，故a错误；
b．混合气体颜色保持不变，说明二氧化氮的浓度不变，说明到达平衡状态，故b正确；
c．随反应进行，SO₃和NO都是生成物，所以体积比一直等于系数比，所以SO₃和NO的体积比保持不变，不能说明到达平衡状态，故c错误；
d．反应速率之比等于化学方程式计量数之比为正反应速率之比，ν（NO₂）：ν（SO₂）：ν（SO₃）：ν（NO）=1：1：1：1，反应自始至终都按此比例进行，故d错误；
故答案为：-41.8； b；
（2）图象分析可知，甲醇变化浓度为0.75mol/L，甲醇的反应速率v（CH₃OH）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min ），反应速率之比等于化学方程式计量数之比，v（H₂）=v（CH₃OH）=2×0.075mol/（L•min ）=0.15mol/（L•min ），
结合化学三行计算得到，图象分析可知体积为1L，
                             CO+2H₂?CH₃OH
起始量（mol/L）    1         2          0
变化量（mol/L）  0.75     1.5       0.75
平衡量（mol/L） 0.25      0.5      0.75
K=$\frac{0.75}{0.25×0．{5}^{2}}$=12
第10min后，保持温度不变，向该密闭容器中再充入1molCO（g）和1molCH₃OH（g），
Qc=$\frac{1.75}{1.25×0．{5}^{2}}$=5.6＜K=12，平衡正向进行，
故答案为：0.15；
②由此电解原理可知，阳极失去电子生成二氧化碳气体，加入碳酸钠，碳酸钠与二氧化碳反应生成碳酸氢钠，阴极CO得到电子生成甲烷气体，据此离子反应方程式为：4CO+3CO₃^2-+5H₂O=6HCO₃^-+CH₄↑，阴极区电极反应式为：CO+6e^-+5H₂O=6OH^-+CH₄，甲醇燃料电池酸性条件下该燃料电池的正极反应式为O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，电池负极反应式为：CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺，生成标准状况下1.12LCH₄物质的量=$\frac{1.12L}{22.4L/mol}$=0.05mol
电子守恒得到CH₄～CH₃OH～6e^-，
需要消耗CH₃OH的质量=0.05mol×32g/mol=1.6g，
故答案为：CO+6e^-+5H₂O=6OH^-+CH₄；1.6；
（3）（NH₄）₂SO₄为强酸弱碱盐，NH₄⁺水解显酸性：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，室温时，向（NH₄）₂SO₄溶液中滴入NaOH溶液至溶液呈中性，根据电荷守恒：c（NH₄⁺）+c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（SO₄^2-）+c（OH^-），溶液呈中性，而c（H⁺）=c（OH^-），故c（NH₄⁺）+c（Na⁺）=2c（SO₄^2-），由物料守恒可知c（NH₄⁺）+c（NH₃•H₂O）=2c（SO₄^2-），联立可得c（Na⁺）=c（NH₃•H₂O），则所得溶液中微粒浓度大小关系c（Na⁺）=c（NH₃•H₂O），
故答案为：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺；=．

点评 本题考查了盖斯定律的应用、平衡状态的判断、平衡常数的计算、氧化还原反应化学方程式的书写及其计算、图象的分析与应用等，考查了学生的分析能力以及对基础知识的综合应用能力，题目难度中等．