Question

燃煤能排放大量的CO₂、SO₂和NO_X，PM_2.5（可入肺顆粒物）污染也跟冬季燃煤密切相關(guān)．SO₂、CO、CO₂、NO_x是對環(huán)境影響較大的種氣體，對它們的合理控制和治理是優(yōu)化我們生存環(huán)境的有效途徑．
（1）利用電化學原理將SO₂、NO₂化為重要化工原料，裝置如圖1所示：

①若A為SO₂，B為O₂，C為H₂SO₄，則負極的電極反應(yīng)式為：

 

②以NO₂、O₂、熔融NaNO₃組成的燃料電池裝置如圖2所示，在使用過程中石墨I電極反應(yīng)生成一種氧化物Y，有關(guān)電極反應(yīng)可表示為

 

．
（2）有一種用CO₂生產(chǎn)甲醇燃料的方法：
已知：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1；
CH₃OH（g）=CH₃OH（l）△H=-b kJ?mol^-1；
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-c kJ?mol^-1；
H₂O（g）=H₂O（l）△H=-d kJ?mol^-1，
則表示CH₃OH（l）燃燒熱的熱化學方程式為：

 

．
（3）甲醇燃料電池原理如圖3所示．
用上述電池做電源，用圖4裝置電解飽和食鹽水（電極均為惰性電極），假設(shè)溶液體積為300mL，當溶液的pH值變?yōu)?3時（在常溫下測定），理論上消耗甲醇的質(zhì)量為

 

（忽略溶液體積變化）．

（4）500℃時，在催化劑存在條件下，分別將2mol SO₂和1mol O₂置于恒壓容器I和恒容容器II中（兩容器起始容積相同），充分反應(yīng)，二者均達到平衡后：兩容器中SO₃的體積分數(shù)關(guān)系是I

 

Ⅱ（填“＞”、“＜”或“=”）．若測得容器II中的壓強減小了30%，則該容器中SO₂的轉(zhuǎn)化率為

 

．
（5）用活性炭還原法處理氮氧化物．有關(guān)反應(yīng)為：C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂ （g）△H．某研究小組向某密閉容器加入一定量的活性炭和NO，恒溫（T₁℃）條件下反應(yīng)，反應(yīng)進行到不同時間測得各物質(zhì)的濃度如下：

濃度/mol?L-1 時間/min	NO	N2	CO2
0	0.100	0	0
10	0.058	0.021	0.021
20	0.040	0.030	0.030
30	0.040	0.030	0.030
40	0.032	0.034	0.017
50	0.032	0.034	0.017

①T₁℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

（保留兩位小數(shù)）．
②30min后，改變某一條件，反應(yīng)重新達到平衡，則改變的條件可能是

 

．

Answer 1

考點：化學電源新型電池,熱化學方程式,化學平衡建立的過程,化學平衡的計算

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）①SO₂在負極失去電子轉(zhuǎn)化為SO₄^2-，根據(jù)電極反應(yīng)式的書寫方法來回答；
②燃料電池的負極上發(fā)生燃料失去電子的氧化反應(yīng)；
（2）燃燒熱是1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物時放出的熱量，根據(jù)蓋斯定律機孫化學反應(yīng)的焓變；
（3）整個電路中轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目相等，可以根據(jù)電子轉(zhuǎn)移的數(shù)目相同來列出已知物質(zhì)和未知物質(zhì)之間關(guān)系式，然后通過關(guān)系來求解；
（4）根據(jù)壓強對化學平衡移動的影響知識來回答，反應(yīng)體系中，壓強之比等于物質(zhì)的量之比，根據(jù)三行式計算轉(zhuǎn)化率；
（5）①當20-30min時，各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變，則該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，根據(jù)K=

c(CO2)?c(N2)

c2(NO)

計算；
②根據(jù)表中數(shù)值知，NO、二氧化碳的濃度減小，氮氣的濃度增大，說明改變條件是分離出二氧化碳物質(zhì)．

解答： 解：（1）SO₂在負極失去電子轉(zhuǎn)化為SO₄^2-，故其電極反應(yīng)為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
②燃料電池的負極上發(fā)生燃料失去電子的氧化反應(yīng)，即NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅，故答案為：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；
（2）甲醇的燃燒熱是1mol可燃物甲醇完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物二氧化碳和水蒸氣時放出的熱量，
已知：①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1；
②CH₃OH（g）=CH₃OH（l）△H=-b kJ?mol^-1；
③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-c kJ?mol^-1；
④H₂O（g）=H₂O（l）△H=-d kJ?mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）可以是a+b-

3

2

c-2d得到的，所以CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-（

3

2

c+2d-a-b）kJ?mol^-1，故答案為：CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-（

3

2

c+2d-a-b）kJ?mol^-1；
（3）用惰性電極，電解飽和食鹽水總的電極反應(yīng)式為2Cl^-+2H₂O

通電  .

 H₂↑+Cl₂↑+2OH^-，pH值變?yōu)?3時，pOH=1，C（OH^-）=10^-1mol/L，n（OH^-）=10^-1mol/L×300mL×10^-3L/mL=0.03mol，由方程式CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，2Cl^-+2H₂O

通電  .

 H₂↑+Cl₂↑+2OH^- 
可知  CH₃OH～6e^-～6OH^-
       32g        6mol
       m（CH₃OH）  0.03mol
則m（CH₃OH）=32g×0.03mol×

1

6

mol=0.16g，故答案為：0.16g；
（4）對于反應(yīng)：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），恒容容器相當于恒壓容器的基礎(chǔ)上加大壓強，化學平衡正向移動，SO₃的體積分數(shù)增大，所以Ⅰ＞Ⅱ，將2mol SO₂和1mol O₂置于恒容容器II中，設(shè)容器中SO₂的變化量為x，
        2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
初始量：2         1        0
變化量：x         0.5x     x
平衡量：2-x      1-0.5x    x
容器II中的壓強減小了30%，即

3

2-x+1-0.5x+x

=

1

1-30%

，解得x=1.8mol，所以二氧化硫的轉(zhuǎn)化率=

1.8mol

2mol

×100%=90%，故答案為：＞；90%；
（5）①當20-30min時，各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變，則該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，K=

c(CO2)?c(N2)

c2(NO)

=

0.03×0.03

0.042

=0.56，故答案為：0.56；
②根據(jù)表中數(shù)值知，NO、二氧化碳的濃度減小，氮氣的濃度增大，說明改變條件是分離出二氧化碳物質(zhì)（減小CO₂的濃度），
故答案為：分離出了二氧化碳（減小CO₂的濃度）．

點評：本題考查了化學平衡常數(shù)、化學平衡移動的影響因素、原電池等，側(cè)重考查學生對數(shù)據(jù)的分析處理，題目綜合性強，難度大．