Question

1．控制和治理CO₂、SO₂、NO_x是解決溫室效應、減少酸雨和光化學煙霧的有效途徑．
（1）如圖1是1mol NO₂和1mol CO反應生成1mol CO₂和1mol NO的能量變化圖．
已知：①N₂（g）+O₂（g）═2NO （g）△H=179.5kJ•mol^-1
②2NO （g）+O₂（g）═2NO₂（g）△H=-112.3kJ•mol^-1
NO與CO反應生成無污染氣體的熱化學方程式為2NO （g）+2CO （g）=N₂（g）+2 CO₂（g）△H=-759.8 kJ•mol^-1．
（2）工業(yè)上利用CO₂生產(chǎn)甲醇燃料，反應為：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1
將6mol CO₂和8mol H₂充入容積為2L的密閉容器（溫度不變），H₂的物質(zhì)的量隨時間變化如圖2實線所示（圖中字母后的數(shù)字表示對應坐標）．
①該反應在0～8min內(nèi)CO₂的平均反應速率為0.125 mol•L^-1•min^-1；
②該反應的平衡常數(shù)表達式：K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
③僅改變某一條件再進行實驗，測得H₂物質(zhì)的量變化如虛線所示．與實線相比，曲線Ⅰ改變的條件可能是升溫，曲線Ⅱ改變的可能是增壓．若實線對應的平衡常數(shù)為K，曲線Ⅰ對應的平衡常數(shù)為K₁，則K和K₁ 的大小關(guān)系是K₁＜K．
（3）若以如圖3裝置用電化學原理將SO₂轉(zhuǎn)化為重要化工原料．若A為SO₂，B為O₂，C為H₂SO₄，則負極電極反應為SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-．

Answer 1

分析 （1）NO與CO反應生成無污染氣體，發(fā)生反應為：2NO+2CO=N₂+2CO₂，由圖可知，1mol NO₂和1mol CO反應生成CO₂和NO放出熱量368-134=234kJ，反應熱化學方程式為：NO₂（g）+CO（g）=NO（g）+CO₂（g）△H=-234 kJ•mol^-1，結(jié)合已知熱化學方程式，利用蓋斯定律書寫目標熱化學方程式；
（2）①由圖可知，8min時氫氣的物質(zhì)的量為2mol，參加反應的氫氣為8mol-2mol=6mol，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（H₂），再利用速率之比等于其化學計量數(shù)之比計算v（CO₂）；
②化學平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應達到平衡時各生成物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積所得的比值，注意固體、純液體不需要寫出；
③曲線I反應速率增大，但轉(zhuǎn)化的氫氣的物質(zhì)的量少，改變條件平衡向逆反應方向移動，可能是升高溫度，因該反應放熱，升高溫度平衡逆向移動；
曲線Ⅱ反應速率增大，轉(zhuǎn)化的氫氣的物質(zhì)的量多，平衡正向移動，可能是增大壓強；
平衡常數(shù)只受溫度的影響，該反應放熱，升高溫度平衡逆向移動，平衡常數(shù)減��；
（3）反應本質(zhì)是：SO₂+O₂+H₂O=H₂SO₄，負極發(fā)生氧化反應，二氧化硫在負極失去電子與水生成硫酸根、氫離子．

解答 解：（1）NO與CO反應生成無污染氣體，發(fā)生反應為：2 NO+2 CO=N₂+2 CO₂，
已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO （g）△H=179.5kJ•mol^-1
②2NO （g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-112.3kJ•mol^-1
由圖可知，1mol NO₂和1mol CO反應生成CO₂和NO放出熱量368-134=234kJ，該反應熱化學方程式為③NO₂（g）+CO（g）=NO（g）+CO₂（g）△H=-234 kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律可知，③×2+②-①得：2 NO （g）+2 CO （g）=N₂（g）+2 CO₂（g）△H=-759.8 kJ•mol^-1，
故答案為：2 NO （g）+2 CO （g）=N₂（g）+2 CO₂（g）△H=-759.8 kJ•mol^-1；
（2）①由圖可知，8min時氫氣的物質(zhì)的量為2mol，參加反應的氫氣為8mol-2mol=6mol，故v（H₂）=$\frac{\frac{6mol}{2L}}{8min}$=0.375mol/（L•min），速率之比等于化學計量數(shù)之比，故v（CO₂）=$\frac{1}{3}$v（H₂）=$\frac{1}{3}$×0.375mol/（L•min）=0.125mol/（L•min），
故答案為：0.125；
②反應CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
③曲線I反應速率增大，但轉(zhuǎn)化的氫氣的物質(zhì)的量少，可能是升高溫度，因該反應放熱，升高溫度平衡逆向移動，不利于氫氣的轉(zhuǎn)化；
曲線Ⅱ反應速率增大，轉(zhuǎn)化的氫氣的物質(zhì)的量多，因增大壓強平衡正向移動，故應是增大壓強；
平衡常數(shù)只受溫度的影響，該反應放熱，升高溫度平衡逆向移動，平衡常數(shù)減小，故溫度越高平衡常數(shù)越小，曲線Ⅰ溫度最高，故K₁＜K，
故答案為：升溫；增壓；K₁＜K；
（3）反應本質(zhì)為SO₂+O₂+H₂O=H₂SO₄，負極發(fā)生氧化反應，二氧化硫在負極失去電子與水生成硫酸根、氫離子，負極電極反應式為SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-，
故答案為：SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-．

點評 本題考查較為綜合，涉及熱化學方程式書寫、化學反應速率計算、化學平衡常數(shù)、化學平衡圖象、原電池等知識，明確化學平衡及其影響為解答關(guān)鍵，注意掌握化學反應速率、化學平衡常數(shù)的概念及表達式，試題培養(yǎng)了學生的分析、理解能力及化學計算能力．