Question

碳及其化合物與人類生產(chǎn)、生活密切相關(guān)．請回答下列問題：
（1）在化工生產(chǎn)過程中，少量CO的存在會引起催化劑中毒．為了防止催化劑中毒，常用SO₂將CO氧化，SO₂被還原為S．
已知：C（s）+

1

2

O₂（g）═CO（g）△H₁=-126.4kJ/mol
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H₂=-393.5kJ?mol^-1
S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H₃=-296.8kJ?mol^-1
則SO₂氧化CO的熱化學反應(yīng)方程式：

 

（2）CO可用于合成甲醇，反應(yīng)方程式為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
 ①CO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(yīng)△H

 

0（填“＞”或“＜”）．

圖2表示CO的轉(zhuǎn)化率與起始投料比[

n(H2)

n(CO)

]、溫度的變化關(guān)系，
曲線I、Ⅱ、Ⅲ對應(yīng)的平衡常數(shù)分別為K₁、K₂、K₃，則K₁、K₂、K₃的大小關(guān)系為

 

；測得B（X，60）點氫氣的轉(zhuǎn)化率為40%，則x₁=

 

．
 ②在恒容密閉容器里按體積比為1：2充入一氧化碳和氫氣，一定條件下反應(yīng)達到平衡狀態(tài)．當改變反應(yīng)的某一個條件后，下列變化能說明平衡一定向正反應(yīng)方向移動的是

 

（填序號）．
A．正反應(yīng)速率先增大后減小              B．逆反應(yīng)速率先增大后減小
C．化學平衡常數(shù)K值增大                D．反應(yīng)物的體積百分含量增大
E．混合氣體的密度增大
③一定條件下，將2mol CO和2mol H₂置于容積為2L固定的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)達到平衡時CO與H₂體積之比為2：1，則平衡常數(shù)K=

 

．
（3）最新研究發(fā)現(xiàn)，用隔膜電解法可以處理高濃度乙醛廢水．
原理：使用惰性電極電解，乙醛分別在陰、陽極轉(zhuǎn)化為乙醇和乙酸，
總反應(yīng)為：2CH₃CHO+H₂O?CH₃CHOH+CH₃CHOOH．
實驗室中，以一定濃度的乙醛-Na₂SO₄溶液為電解質(zhì)溶液，模擬乙醛廢水的處理過程，其裝置示意圖如圖所示：

 ①電解過程中，兩極除分別生成乙酸和乙醇外，均產(chǎn)生無色氣體，陽極電極反應(yīng)分別為：
4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O；

 

．
 ②在實際工藝處理過程中，陰極區(qū)乙醛的去除率可達60%．若在兩極區(qū)分別注入1m³乙醛的含量為300mg/L的廢水，可得到乙醇

 

 kg（計算結(jié)果保留2位小數(shù)）

Answer 1

考點：熱化學方程式,化學平衡常數(shù)的含義,化學平衡的影響因素,轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強的變化曲線,電解原理

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式；
（2）①依據(jù)定一議二的方法分析圖象變化，溫度越高，一氧化碳轉(zhuǎn)化率越小，升溫平衡逆向進行；設(shè)起始量氫氣為x，一氧化碳物質(zhì)的量為y，依據(jù)轉(zhuǎn)化率分析計算；
②當正逆反應(yīng)速率不相等時，化學平衡會向著正方向或是逆方向進行；
③依據(jù)平衡三段式列式計算平衡濃度，結(jié)合平衡常數(shù)概念計算；
（3）①陽極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
②先根據(jù)廢水的質(zhì)量、乙醛的去除率計算去除乙醛的質(zhì)量，再根據(jù)乙醛和乙醇的關(guān)系式計算生成乙醇的質(zhì)量．

解答： 解：（1）已知：①C（s）+

1

2

O₂（g）═CO（g）△H₁=-126.4kJ/mol
②C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H₂=-393.5kJ?mol^-1
③S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H₃=-296.8kJ?mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計算②×2-①×2-③得到SO₂氧化CO的熱化學反應(yīng)方程式：SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-237.4kJ?mol^-1；
故答案為：SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-237.4kJ?mol^-1；
（2）①依據(jù)定一議二的方法分析圖象變化，溫度越高，一氧化碳轉(zhuǎn)化率越小，升溫平衡逆向進行，逆向是吸熱反應(yīng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H＜0，溫度越高平衡逆向進行，平衡常數(shù)減小，所以 K₁＞K₂＞K₃，設(shè)起始量氫氣為x，一氧化碳物質(zhì)的量為y；
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
y       x          0
0.6y   0.4x       
則0.6y：0.4x=1：2
x：y=3
故答案為：＜； K₁＞K₂＞K₃；3；
②化學平衡的標志是正逆反應(yīng)速率相等，當逆反應(yīng)速率大于正反應(yīng)速率時，說明反應(yīng)是逆向進行的，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0；
A．正反應(yīng)速率先增大后減小，說明反應(yīng)正向進行，故A正確；              
B．逆反應(yīng)速率先增大后減小，說明反應(yīng)逆向進行，故B錯誤；
C．化學平衡常數(shù)K值增大，說明平衡正向進行，故C正確；                
D．反應(yīng)物的體積百分含量增大，可能逆向進行，也可能正向進行，不能說明反應(yīng)正向進行，故D錯誤；
E．恒容容器中加入生成物，平衡逆向進行，氣體質(zhì)量增大，條件不變，混合氣體的密度增大，故E錯誤；
故答案為：AC；
③一定條件下，將2mol CO和2mol H₂置于容積為2L固定的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)達到平衡時CO與H₂體積之比為2：1，設(shè)消耗一氧化碳濃度為x，
則            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L） 1       1           0
變化量（mol/L） x       2x          x
平衡量（mol/L）1-x     1-2x         x
（1-x）：（1-2x）=2：1
x=

1

3

則平衡常數(shù)K=

1 3

(1- 1 3 )(1- 2 3 )2

=4.5 L²?mol^-2；
故答案為：4.5 L²?mol^-2；
（3）①電解過程中，陽極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以陽極上乙醛和氫氧根離子放電，所以除了氫氧根離子失電子外，乙醛失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為CH₃CHO-2e^-+H₂O=CH₃COOH+2H⁺；陰極上得電子，得電子的微粒有氫離子和乙醛，氫離子得電子生成氫氣，電極反應(yīng)式為4H⁺+4e^-=2H₂↑，
故答案為：CH₃CHO-2e^-+H₂O=CH₃COOH+2H⁺；
②設(shè)生成乙醇的質(zhì)量是x，
廢水中乙醛的質(zhì)量為1m³×0.3Kg/m³=0.3Kg，乙醛的去除率為60%，則反應(yīng)的乙醛為0.18Kg，
CH₃CHO+2e^-+2H₂O═CH₃CH₂OH+2OH^-
44               46
0.18kg            x
x=0.19kg
故答案為：0.19．

點評：本題考查了熱化學方程式書寫和蓋斯定律計算應(yīng)用，化學平衡、平衡常數(shù)計算影響因素分析判斷，圖象分析理解應(yīng)用，難度不大，注意燃料電池電極反應(yīng)式的書寫要結(jié)合電解質(zhì)溶液．