Question

6．化學(xué)在解決霧霾污染中有著重要的作用，霧霾由多種污染物形成，其中包含顆粒物（包括PM2.5）、氮氧化物（NO_x）、CO、SO₂等．
（1）已知：NO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?NO₂（g）△H=-56.5kJ•mol^-1
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
則反應(yīng)NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H=-41.8kJ•mol^-1．
一定條件下，將NO₂與SO₂以體積比1：2置于恒溫恒容的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，下列能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的有b．
a．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量
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1mol SO₃的同時生成1mol NO₂
測得上述反應(yīng)平衡時NO₂與SO₂體積比為1：3，則平衡常數(shù)K=$\frac{1}{3}$（用分數(shù)表示）
（2）CO綜合利用．
①CO用于合成甲醇反應(yīng)方程式為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），若起始投入1molCO，2mol H₂，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．得知該反應(yīng)的△H＜0，該反應(yīng)的實際生產(chǎn)條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右最為適宜．反應(yīng)達平衡后，下列操作既能加快反應(yīng)速率，又能使平衡混合物中CH₃OH物質(zhì)的量分數(shù)增大的是d e
a． 升溫                    b．恒容條件下充入H₂
c．加入合適的正催化劑d．恒容條件下再充入1molCO，2mol H₂
e．壓縮體積              　 f．移走一部分CH₃OH
②電解CO制備CH₄，電解質(zhì)為碳酸鈉溶液，工作原理如圖2所示，寫出陰極區(qū)電極反應(yīng)式CO+6e^-+5H₂O=6OH^-+CH₄．

Answer 1

分析 （1）利用蓋斯定律計算反應(yīng)熱，得到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)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K=$\frac{c（S{O}_{3}）•c（NO）}{c（N{O}_{2}）•c（S{O}_{2}）}$計算平衡常數(shù)；
（2）①圖象分析可知壓強一定，溫度升高CO轉(zhuǎn)化率減小，說明升溫平衡逆向進行，逆向是吸熱反應(yīng)，溫度在250°一氧化碳轉(zhuǎn)化率高，反應(yīng)速率大，既能加快反應(yīng)速率，又能使平衡混合物中CH₃OH物質(zhì)的量分數(shù)增大，依據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素分析，反應(yīng)正向進行，
CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g），反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，
a． 反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫速率增大，平衡逆向進行；
b．恒容條件下充入H₂ ，增大反應(yīng)物濃度平衡正向進行，反應(yīng)速率增大；
c．催化劑改變反應(yīng)速率不改變化學(xué)平衡；
d．恒容條件下再充入1molCO，2mol H₂ ，相當于增大壓強平衡正向進行；
e．壓縮體積壓強增大反應(yīng)速率增大平衡正向進行； 　
f．移走一部分CH₃OH平衡正向進行，反應(yīng)速率減小；
②由此電解原理可知，陽極失去電子生成二氧化碳氣體，加入碳酸鈉，碳酸鈉與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸氫鈉，陰極CO得到電子生成甲烷氣體，據(jù)此解答即可．

解答 解：（1）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1①
2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1 ②
將方程式$\frac{①-②}{2}$得：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H=$\frac{-196.6-（-113）}{2}$=-41.8kJ/mol，
a．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量等于質(zhì)量和物質(zhì)的量的比值，質(zhì)量守恒，物質(zhì)的量前后不變化，所以混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變化，此狀態(tài)不一定平衡，故錯誤；
b．混合氣體顏色保持不變，說明二氧化氮的濃度不變，說明到達平衡狀態(tài)，故b正確；
c．SO₃和NO是生成物，二者的體積比始終保持不變，故c錯誤；
d．每消耗1mol SO₃的同時生成1mol NO₂都表示逆反應(yīng)速率，反應(yīng)自始至終都按此比例進行，故d錯誤；
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
平衡時NO₂與SO₂體積比為1：3，即（1a-x）：（2a-x）=1：3，故x=0.5a，故平衡常數(shù)K=$\frac{0.5a×0.5a}{0.5a×1.5a}$=$\frac{1}{3}$，
故答案為：-41.8；b；$\frac{1}{3}$；
（2）①圖象分析可知壓強一定，溫度升高CO轉(zhuǎn)化率減小，說明升溫平衡逆向進行，逆向是吸熱反應(yīng)，正向為放熱反應(yīng)，△H＜0，圖象分析可知，溫度在250°一氧化碳轉(zhuǎn)化率高，反應(yīng)速率大，既能加快反應(yīng)速率，又能使平衡混合物中CH₃OH物質(zhì)的量分數(shù)增大，依據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素分析，反應(yīng)正向進行，
CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g），反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，
a． 反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫反應(yīng)速率增大，但平衡逆向進行，故a錯誤；
b．恒容條件下充入H₂ ，增大反應(yīng)物濃度平衡正向進行，反應(yīng)速率增大，CH₃OH物質(zhì)的量分數(shù)減小，故b錯誤；
c．催化劑改變反應(yīng)速率不改變化學(xué)平衡，反應(yīng)速率增大，但平衡不變，故c錯誤；
d．恒容條件下再充入1molCO，2mol H₂ ，相當于增大壓強平衡正向進行，CH₃OH物質(zhì)的量分數(shù)增大，故d正確；
e．壓縮體積壓強增大反應(yīng)速率增大平衡正向進行，CH₃OH物質(zhì)的量分數(shù)增大，故e正確； 　
f．移走一部分CH₃OH平衡正向進行，濃度減小反應(yīng)速率減小，故f錯誤，
故de正確，
故答案為：＜；250；de；
②由此電解原理可知，陽極失去電子生成二氧化碳氣體，加入碳酸鈉，碳酸鈉與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸氫鈉，陰極CO得到電子生成甲烷氣體，據(jù)此離子反應(yīng)方程式為：4CO+3CO₃^2-+5H₂O=6HCO₃^-+CH₄↑，陰極區(qū)電極反應(yīng)式為CO+6e^-+5H₂O=6OH^-+CH₄，
故答案為：CO+6e^-+5H₂O=6OH^-+CH₄．

點評 本題考查了熱化學(xué)方程式書寫，化學(xué)平衡影響因素分析判斷，原電池原理和電極反應(yīng)書寫方法，化學(xué)平衡常數(shù)的計算等知識，題目難度中等．