Question

4．研究CO、NO₂、SO₂等大氣污染氣體的處理具有重要意義．
（1）I₂O₅可使H₂S、CO、HCl等氧化，常用于定量測(cè)定CO的含量．已知：
2I₂（s）+5O₂（g）=2I₂O₅（s）△H=-75.56kJ•mol^-1
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ•mol^-1
寫出CO（g）與I₂O₅（s）反應(yīng)生成I₂（s）和CO₂（g）的熱化學(xué)方程式：5CO（g）+I₂O₅（s）=5 CO₂（g）+I₂（s）△H=-1377.22kJ/mol．
（2）已知反應(yīng)：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的△H=-41.8kJ•mol^-1
一定條件下，將NO₂與SO₂以體積比1：2置于密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，下列能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是b．
a．體系壓強(qiáng)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1 mol SO₃的同時(shí)生成1 mol NO₂
測(cè)得上述反應(yīng)平衡時(shí)NO₂與SO₂體積比為1：6，則平衡常數(shù)K=$\frac{8}{3}$．
（3）CO可用于合成甲醇，反應(yīng)方程式為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
①該反應(yīng)在40℃和60℃時(shí)的平衡常數(shù)分別為K₁和K₂，若K₁大于K₂，則該反應(yīng)為放熱反應(yīng)．（填“放熱”或“吸熱”）
②該反應(yīng)的焓變?yōu)椤鱄，活化能為E₀，下列能量關(guān)系圖（圖1）合理的是B．
（4）某溫度時(shí)，根據(jù)的H₂濃度隨時(shí)間的變化曲線，請(qǐng)?jiān)谕�一圖（圖2）中繪出CH₃OH濃度隨時(shí)間的變化曲線．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式；
（2）根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征：逆、定、動(dòng)、變、等來判斷化學(xué)反應(yīng)是否達(dá)到平衡；根據(jù)三行式以及化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算化學(xué)平衡常數(shù)；
（3）①依據(jù)平衡常數(shù)隨溫度變化，平衡常數(shù)越大，平衡正向進(jìn)行，溫度越高平衡向吸熱反應(yīng)方向進(jìn)行；
②分析判斷反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)物能量高于生成物，焓變是反應(yīng)物和生成物之間的能量差值與變化過程無關(guān)；
（4）某溫度時(shí)，根據(jù)H₂濃度隨時(shí)間的變化曲線，氫氣濃度減小到平衡不變，甲醇濃度增大到平衡不變，依據(jù)物質(zhì)的量的變化繪出CH₂OH濃度隨時(shí)間的變化曲線．

解答 解：（1）2 I₂（s）+5O₂（g）=2 I₂O₅（s）；△H=-75.56kJ•mol^-1①，
2CO（g）+O₂（g）=2 CO₂（g）；△H=-566.0kJ•mol^-1②，
將方程式②×$\frac{5}{2}$-①×$\frac{1}{2}$得5CO（g）+I₂O₅（s）=5 CO₂（g）+I₂（s）；△H=（-566.0kJ•mol^-1）×$\frac{5}{2}$-（-75.56kJ•mol^-1）×$\frac{1}{2}$=-1377.22kJ/mol，
所以其熱化學(xué)反應(yīng)方程式為：5CO（g）+I₂O₅（s）=5 CO₂（g）+I₂（s）△H=-1377.22kJ/mol，
故答案為：5CO（g）+I₂O₅（s）=5 CO₂（g）+I₂（s）△H=-1377.22kJ/mol；
（2）本反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，故體系的壓強(qiáng)保持不變，故a不能說明反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)；隨著反應(yīng)的進(jìn)行，NO₂的濃度減小，顏色變淺，故b可以說明反應(yīng)已達(dá)平衡；SO₃和NO都是生成物，比例保持1：1，故c不能作為平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)；d中所述的兩個(gè)速率都是逆反應(yīng)速率，不能作為平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)，故選b；          
                           NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
 起始物質(zhì)的體積       a              2a             0           0
轉(zhuǎn)化物質(zhì)的體積         x            x                x            x
平衡物質(zhì)的體積      a-x          2a-x              x            x
則（a-x）：（2a-x）=1：6，故x=$\frac{4}{5}$a，故平衡常數(shù)為=$\frac{{x}^{2}}{（a-x）（2a-x）}$=$\frac{8}{3}$．
故答案為：b；$\frac{8}{3}$；
（3）反應(yīng)方程式為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
①該反應(yīng)在40℃和60℃時(shí)的平衡常數(shù)分別為K₁和K₂，若K₁大于K₂，說明溫度升高平衡常數(shù)減小，平衡逆向進(jìn)行，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；
故答案為：放熱；
②反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)物能量高于生成物，焓變是反應(yīng)物和生成物之間的能量差值；
A、反應(yīng)物能量低于生成物反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，故A錯(cuò)誤；
B、反應(yīng)物能量高于生成物是放熱反應(yīng)，焓變符合，活化能是正反應(yīng)的活化能，故B正確；
C、反應(yīng)物能量高于生成物是放熱反應(yīng)，焓變符合，活化能不是正反應(yīng)的活化能，故C錯(cuò)誤；
D、反應(yīng)物能量低于生成物反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，故D錯(cuò)誤；
故答案為：B；
（4）某溫度時(shí)，根據(jù)圖象中的H₂濃度隨時(shí)間的變化曲線，氫氣濃度減小到平衡不變，甲醇濃度增大到平衡不變，依據(jù)氫氣的濃度和化學(xué)方程式計(jì)算甲醇濃度的增加描點(diǎn)畫出圖象，（0.01，0.02）（0.02，0.04）（0.03，0.06），（0.04，0.08）繪出CH₂OH濃度隨時(shí)間的變化曲線為：；故答案為：．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算應(yīng)用，化學(xué)平衡影響因素的分析判斷，化學(xué)平衡的計(jì)算應(yīng)用，圖象分析繪制，題目難度中等．