Question

研究NO₂、SO₂、CO等大氣污染氣體的處理具有重要意義．
（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
則反應NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的△H=

 

kJ?mol^-1．
一定條件下，將NO₂與SO₂以體積比2：1置于密閉容器中發(fā)生上述反應，下列能說明反應達到平衡狀態(tài)的是

 

．
A．體系壓強保持不變                
B．混合氣體顏色保持不變
C．SO₃和NO的體積比保持不變       
D．每消耗1molSO₃的同時生成1mol NO
測得上述反應達平衡時NO₂與SO₂的體積比為5：1，則平衡常數(shù)K=

 

．
（2）CO可用于合成甲醇，反應方程式為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強的關(guān)系如圖（1）所示．該反應△H

 

0（填“＞”或“＜”）．實際生產(chǎn)條件控制在250℃、
1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強的理由是：

 

．
（3）依據(jù)燃燒的反應原理，合成的甲醇可以設計如圖（2）所示的原電池裝置．
①該電池工作時，OH^-向

 

極移動（填“正”或“負”）．
②該電池正極的電極反應式為

 

．

Answer 1

考點：轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強的變化曲線,用蓋斯定律進行有關(guān)反應熱的計算,原電池和電解池的工作原理,化學平衡狀態(tài)的判斷

專題：

分析：（1）利用蓋斯定律計算反應熱，得到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，由此衍生的一些物理量也不變，計算平衡時各物質(zhì)的濃度，可計算平衡常數(shù)；
（2）利用化學平衡的影響因素和工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)系來分析；
（3）①甲醇燃料電池中，根據(jù)陽離子移向正極，陰離子移向負極判斷；
②甲醇燃料電池中，甲醇為負極，電解質(zhì)為酸甲醇失去電子生成碳酸根，正極是氧氣得到電子生成水．

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，
利用蓋斯定律將①×

1

2

-②×

1

2

得NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H=

1

2

×（-196.6kJ?mol^-1）-

1

2

×（-113.0kJ?mol^-1）=-41.8kJ?mol^-1，
A．無論是否達到平衡，體系壓強都保持不變，不能用于判斷是否達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．混合氣體顏色保持不變，說明濃度不變，達到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．SO₃和NO的計量數(shù)之比為1：1，無論是否達到平衡，二者的體積比保持不變，不能判斷是否達到平衡狀態(tài)，故C錯誤；
D．每消耗1mol SO₃的同時生成1molNO，則正反應速率等于逆反應速率，故能判斷是否達到平衡狀態(tài)，故D正確．
            NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
起始物質(zhì)的體積 2a      a       0       0
轉(zhuǎn)化物質(zhì)的體積 x      x        x        x
平衡物質(zhì)的體積 2a-x   a-x      x        x
平衡時NO₂與SO₂體積比為5：1，即（2a-x）：（a-x）=5：1，故x=

3

4

a，故平衡常數(shù)K=

C(SO 3)C(NO)

c(NO 2)C(SO 2)

=

x 2

(2a-x)(a-x)

=

9 16

5 4 × 1 4

=1.8，
故答案為：-41.8；BD；1.8；
（2）由圖可知，溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，平衡向逆反應方向移動，故逆反應是吸熱反應，正反應是放熱反應，△H＜0；壓強大，有利于加快反應速率，有利于使平衡正向移動，但壓強過大，需要的動力大，對設備的要求也高，故選擇250℃、1.3×104kPa左右的條件．因為在250℃、壓強為1.3×10⁴ kPa時，CO的轉(zhuǎn)化率已較大，再增大壓強，CO的轉(zhuǎn)化率變化不大，沒有必要再增大壓強，
故答案為：＜；在1.3×10⁴kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加得不償失；
（3）①甲醇燃料電池中，根據(jù)陽離子移向正極，陰離子移向負極，所以氫氧根向負極移動；故答案為：負；
②甲醇燃料電池中，甲醇中C元素的化合價升高，則甲醇為負極，電解質(zhì)為堿，甲醇失去電子生成碳酸根，氧氣再正極上得到電子發(fā)生還原反應生成氫氧根，反應的電極反應為：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-，
故答案為：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-．

點評：本題考查了蓋斯定律計算應用，熱化學方程式的書寫，化學平衡標志判斷，原電池原理的應用，該題將元素化合物與能量變化、化學平衡等知識柔和在一起進行考查，充分體現(xiàn)了高考的綜合性，看似綜合性較強的問題，只要細細分析，還是能各個突破的．第（2）容易出錯，需認真分析圖象，得出正確結(jié)論，題目難度中等．