Question

【題目】煤炭燃燒時(shí)產(chǎn)生大量SO2、NO對(duì)壞境影響極大。

(1)使用清潔能源可有效減少SO2等的排放。煤的液化是現(xiàn)代能源工業(yè)中重點(diǎn)推廣的能源綜合利用方案，最常見的液化方法為用煤生產(chǎn)CH3OH。已知制備甲醇的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)及平衡常數(shù)如下:

i:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-90.8kJ/mol

ii:C0(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H2=-41.2kJ/mol

iii:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H3

850℃時(shí)，三個(gè)反應(yīng)的平衡常數(shù)分別為K1=160、K2=243、K3=160。甲醇還可以與乙酸反應(yīng)制香料，反應(yīng)為:CH3OH(l)+CH3COOH(l)CH3COOCH3(l)+H2O(l)

①△H3=_______制香料反應(yīng)的平衡常數(shù)K 的表達(dá)式為____________。

②850℃時(shí)，在密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)i,開始時(shí)只加入CO2、H2，反應(yīng)10min后測(cè)得各組分的濃度如下表。比較正、逆反應(yīng)的速率的大小：V正_____V逆 (填“>”、“<”或“=”)。

物質(zhì)	H2	CO2	CH3OH	H2O
濃度/mol/L	0.2	0.2	0.4	0.4

(2)研究人員發(fā)現(xiàn)，將煤炭在O2/CO2的氣氛下燃燒，能夠降低然煤時(shí)NO的排放，主要反應(yīng)為:2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)。在一定溫度下,于2L的恒容密閉容器中充入0.1molNO和0.3molCO發(fā)生該反應(yīng)，如圖為容器內(nèi)的壓強(qiáng)(p)與起始?jí)簭?qiáng)(p0)的比值(p/p0)隨時(shí)間的變化曲線。

①0～5min內(nèi)，該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率V(N2)=______；平衡時(shí)NO的轉(zhuǎn)化率為________。

②若13min時(shí)，向該容器中再充入0.06molCO，15min時(shí)再次達(dá)到平衡，此時(shí)容器內(nèi)p/p0的比值應(yīng)在圖中A點(diǎn)的______(填"上方”或“方”)。

(3)以連二硫酸鹽(S2O42-)為媒介，使用間接電化學(xué)法也可處理燃煤煙氣中的NO)，裝置如圖所示:

①陰極區(qū)的電極反應(yīng)式為_________。

②NO吸收轉(zhuǎn)化后的主要產(chǎn)物為NH4+，若通電時(shí)電路中轉(zhuǎn)移了0.3mole-，則此通電過(guò)程中理論上吸收的NO在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為_______mL。

Answer 1

【答案】 -132.0kJ/mol > 3×10-3mol/(L·min) 80% 下方 2SO32-+4H++2e-=S2O42-+2H2O 1344

【解析】（1）①反應(yīng)ⅲ＝反應(yīng)ⅰ＋反應(yīng)ⅱ，所以△H3＝△H1＋△H2＝-90.8＋(-41.2)＝－132.0kJ/mol。該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K＝。注意這里的水不是溶劑所以應(yīng)該有濃度，不能視為1。②10min時(shí)反應(yīng)ⅰ的濃度商Q＝＜K1=160，所以反應(yīng)正在向正反應(yīng)方向進(jìn)行，V正＞V逆。

（2）①同溫同體積下，壓強(qiáng)的比等于氣體的物質(zhì)的量的比，5分鐘的時(shí)候壓強(qiáng)是初始?jí)簭?qiáng)的0.925倍，所以氣體的物質(zhì)的量是初始物質(zhì)的量的0.925倍，即5分鐘的時(shí)候物質(zhì)的量為(0.1+0.3)×0.925＝0.37mol，減少了0.03mol氣體。反應(yīng)為2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)，每反應(yīng)2molNO和2molCO生成1molN2和2molCO2，氣體的物質(zhì)的量會(huì)減少1mol，所以可以認(rèn)為每生成1molN2會(huì)減少1mol氣體。上面計(jì)算出來(lái)氣體減少了0.03mol，所以生成0.03molN2，則 。達(dá)平衡時(shí)的壓強(qiáng)是初始?jí)簭?qiáng)的0.9倍，所以平衡時(shí)的總物質(zhì)的量為(0.1+0.3)×0.9＝0.36mol，氣體的物質(zhì)的量一共減少0.04mol，由上所述可以得到：生成0.04molN2，所以反應(yīng)的NO為0.08mol，其轉(zhuǎn)化率為0.08÷0.1＝80%。②根據(jù)①中計(jì)算的數(shù)據(jù)，第一次達(dá)平衡時(shí)，總物質(zhì)的量為0.36mol，加入0.06molCO，瞬間總物質(zhì)的量變?yōu)?.42mol，此時(shí)p/p0＝0.42/0.4＝1.05（就是A點(diǎn)的縱坐標(biāo)）。因?yàn)榧尤隒O，所以反應(yīng)的平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，氣體的物質(zhì)的量還會(huì)減少，所以p/p0的數(shù)值會(huì)減小，達(dá)到新平衡時(shí)，p/p0的數(shù)值一定在A點(diǎn)下方。

（3）①陰極應(yīng)該是將SO32-得電子轉(zhuǎn)化為S2O42-，即將+4價(jià)S轉(zhuǎn)化為+3價(jià)的S，所以2個(gè)SO32-得2個(gè)電子轉(zhuǎn)化為1個(gè)S2O42-，反應(yīng)物中再補(bǔ)充氫離子，生成物補(bǔ)充水分子，根據(jù)原子個(gè)數(shù)守恒和電荷守恒配平得到：2SO32-+4H++2e-=S2O42-+2H2O。②NO吸收轉(zhuǎn)化后的主要產(chǎn)物為NH4+，即N的化合價(jià)由+2降低為-3，所以1個(gè)NO得到5個(gè)電子，即NO的物質(zhì)的量是轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量的1/5，當(dāng)轉(zhuǎn)移0.3mole-時(shí)反應(yīng)的NO為0.06mol，體積為1344mL。