Question

13．運用化學(xué)反應(yīng)原理知識研究如何利用CO、SO₂等有重要意義．
（1）用CO可以合成甲醇．
己知：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.5kJ•mol^-1
CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.1kJ•mol^-1
（2）下列措施中能夠增大上述合成甲醇反應(yīng)的反應(yīng)速率的是ac（填寫序號）．
a．使用催化劑      b．降低反應(yīng)溫度
c．增大體系壓強    d．不斷將CH₃OH從反應(yīng)混合物中分離出來
（3）在一定壓強下，容積為VL的容器中充入amolCO與2amolH₂，在催化劑作用下反應(yīng)生成甲醇，平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關(guān)系如圖1所示．

①P₁小于P₂（填“大于”、“小于”或“等于”）．
②100℃時．該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=$（\frac{V}{a}）^{2}$．
③100℃時，達到平衡后，保持壓強P₁不變的情況下，向容器中通入CO、H₂、CH₃OH各0.5amol，則平衡向左（填“向左”、“不”或“向右”）移動．
（4）利用原電池原理，用SO₂和H₂O來制備硫酸，該電池用多孔材料作電極，它能吸附氣體，同時也能使氣體與電解質(zhì)溶液充分接觸．請寫出該電池負極的電極反應(yīng)式SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺．
（5）Na₂SO₃溶液與CaCl₂溶液混合會生成難溶的CaSO₃（K_sp=3.1×10^-7），現(xiàn)將等體積的CaCl₂溶液與Na₂SO₃溶液棍合，若混合前Na₂SO₃溶液的濃度為2×10^-3mol•L^-1，則生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小濃度為6.2×10^-4mol•L^-1．用Na₂SO₃溶液充分吸收SO₂得NaHSO₃溶液，然后電解該溶液，電解原理示意圖如圖2所示．請寫出該電解池發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式2NaHSO₃+H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Na₂SO₃+H₂SO₄+H₂↑．

Answer 1

分析 （1）①CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.5kJ•mol^-1
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1
由蓋斯定律可知，②+③×2-①得到CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；
（2）增大濃度、溫度，使用催化劑均可加快反應(yīng)速率；
（3）①相同溫度下，同一容器中，增大壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動，則CO的轉(zhuǎn)化率增大；
②該溫度下，平衡時n（CO）=amol×（1-0.5）=0.5amol，n（CH₃OH）=c（CO）（參加反應(yīng)）=amol×0.5=0.5amol，n（H₂）=2amol-2×amol×0.5=amol，則c（CO）=$\frac{0.5a}{V}$mol/L、c（CH₃OH）=$\frac{0.5a}{V}$mol/L、c（H₂）=$\frac{a}{V}$mol/L，化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
③向容器中通入CO、H₂、CH₃OH各0.5amol，Qc=$\frac{\frac{0.5a}{V}}{\frac{0.5a}{V}×（\frac{0.5a}{V}）^{2}}$，與K比較，判斷反應(yīng)進行的方向；
（4）用SO₂和H₂O來制備硫酸，負極上二氧化硫失去電子生成硫酸；
（5）若混合前Na₂SO₃溶液的濃度為2×10^-3mol•L^-1，等體積混合后濃度為10^-3mol•L^-1，結(jié)合Ksp計算；由圖可知電解產(chǎn)物，以此書寫電解方程式．

解答 解：（1）①CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.5kJ•mol^-1
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1
由蓋斯定律可知，②+③×2-①得到CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=（-283.0kJ•mol^-1）+（-285.8kJ•mol^-1）×2-（-764.5kJ•mol^-1）=-90.1kJ/mol，
故答案為：-90.1；
（2）a．使用催化劑，可加快反應(yīng)速率，故選；      
b．降低反應(yīng)溫度，反應(yīng)速率減小，故不選；
c．增大體系壓強，反應(yīng)速率加快，故選；   
d．不斷將CH₃OH從反應(yīng)混合物中分離出來，平衡雖正向移動，但濃度減小、反應(yīng)速率減小，故不選；
故答案為：ac；
（3）①相同溫度下，同一容器中，增大壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動，則CO的轉(zhuǎn)化率增大，根據(jù)圖象知，p₁小于p₂，
故答案為：小于；
②該溫度下，平衡時n（CO）=amol×（1-0.5）=0.5amol，n（CH₃OH）=c（CO）（參加反應(yīng)）=amol×0.5=0.5amol，n（H₂）=2amol-2×amol×0.5=amol，則c（CO）=$\frac{0.5a}{V}$mol/L、c（CH₃OH）=$\frac{0.5a}{V}$mol/L、c（H₂）=$\frac{a}{V}$mol/L，化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$（\frac{V}{a}）^{2}$，
故答案為：$（\frac{V}{a}）^{2}$；
③向容器中通入CO、H₂、CH₃OH各0.5amol，Qc=$\frac{\frac{0.5a}{V}}{\frac{0.5a}{V}×（\frac{0.5a}{V}）^{2}}$＞K=$（\frac{V}{a}）^{2}$，則平衡向左移動，
故答案為：向左；
（4）該原電池中，負極上失電子被氧化，二氧化硫到硫酸，硫的化合價升高，所以負極上投放的氣體是二氧化硫，二氧化硫失電子和水反應(yīng)生成硫酸根離子和氫離子，所以負極上的電極反應(yīng)式為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；
（5）若混合前Na₂SO₃溶液的濃度為2×10^-3mol•L^-1，等體積混合后濃度為10^-3mol•L^-1，生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小濃度為$\frac{3.1×1{0}^{-7}}{1{0}^{-3}}$mol/L×2=6.2×10^-4mol•L^-1；電解池中陽極和電源正極相連，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，電解NaHSO₃溶液可制得硫酸，硫的化合價升高，所以陽極是HSO₃^-溶液失去電子被氧化生成SO₄^2-，陽極電極反應(yīng)式為HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺，陰極上得到電子生成氫氣，電解反應(yīng)為2NaHSO₃+H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Na₂SO₃+H₂SO₄+H₂↑，
故答案為：6.2×10^-4mol•L^-1；2NaHSO₃+H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Na₂SO₃+H₂SO₄+H₂↑．

點評 本題考查較綜合，涉及化學(xué)平衡計算、反應(yīng)熱的計算、Ksp的計算及電解等，為高頻考點，把握蓋斯定律應(yīng)用、圖象及平衡移動原理的結(jié)合、K與Qc及Ksp為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的考查，綜合性較強，題目難度中等．