Question

【題目】隨著化石能源的大量開采以及污染的加劇，污染氣體的治理和開發(fā)利用日益迫切。

（1）Bunsen熱化學(xué)循環(huán)制氫工藝由下列三個反應(yīng)組成；

SO2(g) + I2(g) + 2H2O(g) = 2HI(g) + H2SO4(l) H=a kJ/mol ①

2H2SO4(l) = 2H2O(g) + 2SO2(g) + O2(g) H= b kJ/mol ②

2HI(g) = H2(g) + I2(g) H= c kJ/mol ③

則2H2O(g) = 2H2(g) + O2(g) H= kJ/mol

（2）CO2 和CH4 是兩種重要的溫室氣體，以表面覆蓋有Cu2Al2O4 的二氧化鈦為催化劑�？梢詫�CO2 和CH4直接轉(zhuǎn)化為乙酸。

①不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率如圖Ⅰ所示，該反應(yīng)體系應(yīng)將溫度控制在 ℃左右。

②將Cu2Al2O4 溶解在稀硝酸中的離子方程式為 。

（3）甲醇（CH3OH）被稱為21世紀(jì)的新型燃料。在體積為V L的某反應(yīng)容器中，a mol CO與2a mol H2 在催化劑作用下反應(yīng)生成甲醇：CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g) ，CO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖Ⅱ所示：

①該反應(yīng)是 （填“放熱”或“吸熱”）反應(yīng)

②在其他條件不變的情況下，反應(yīng)容器中再增加amol CO與2amolH2 ，達(dá)到新平衡時，CO的轉(zhuǎn)化率 （填“增大”、“減小”或“不變”）。

③100℃，反應(yīng)CH3OH(g) CO(g) + 2H2(g) 的平衡常數(shù)為 （用含有a、V的代數(shù)表示）。

（4）某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了如圖III所示的甲醇燃料電池裝置。

①該電池工作時，OH- 向 （填“a”或“b”）極移動

②工作一段時間后，測得該溶液的pH減小，該電池負(fù)極反應(yīng)的電極反應(yīng)式為： 。

Answer 1

【答案】（1）（2a+b+2c）

（2）①250 ②3Cu2Al2O4 + 32H+ + 2NO3- = 6Cu2+ + 6Al3+ + 2NO↑+ 16H2O

（3）①放熱 ② 增大 ③a2/V2

（4）①b ② CH3OH + 8OH- - 6e- = CO32- + 6H2O

【解析】

試題分析：（1）①SO2(g) + I2(g) + 2H2O(g) = 2HI(g) + H2SO4(l) H=a kJ/mol ①；2H2SO4(l) = 2H2O(g) + 2SO2(g) + O2(g) H= b kJ/mol ②；2HI(g) = H2(g) + I2(g) H= c kJ/mol ③，依據(jù)蓋斯定律①×2+②+③×2得到2H2O（g）=2H2（g）+O2（g）△H=（2a+b+2c）kJ/mol.

（2）①根據(jù)圖示可知，在250℃左右，催化劑的催化效率和乙酸的生成速率最大，因此該反應(yīng)體系應(yīng)將溫度控制在250℃左右。

②Cu2Al2O4中Cu為+1價，Cu2Al2O4與硝酸生成硝酸銅、硝酸鋁、NO和水，根據(jù)得失電子相等、電荷守恒、質(zhì)量守恒配平，則Cu2Al2O4 溶解在稀硝酸中的離子方程式為3Cu2Al2O4 + 32H+ + 2NO3- = 6Cu2+ + 6Al3+ + 2NO↑+ 16H2O。

（3）①根據(jù)圖像可知，溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，說明平衡向逆反應(yīng)方向移動，而升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動，所以該反應(yīng)為放熱反應(yīng)；

②該反應(yīng)是氣體體積縮小的可逆反應(yīng)，在其他條件不變的情況下，反應(yīng)容器中再增加amol CO與2amolH2 ，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動，達(dá)到新平衡時，CO的轉(zhuǎn)化率增大；

③100℃時，CO的轉(zhuǎn)化率為0.5，設(shè)有a mol CO與2a mol H2 ，容器的體積為V，根據(jù)三段式

CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)

起始物質(zhì)的量 a 2a 0

變化物質(zhì)的量 0.5a a 0.5a

平衡物質(zhì)的量 0.5a a 0.5a

K=(0.5a/V)÷[(a/V)2×0.5a/V]= V2/a2，反應(yīng)逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)互為倒數(shù)，所以100℃，反應(yīng)CH3OH(g) CO(g) + 2H2(g) 的平衡常數(shù)為a2/V2

（4）①甲醇燃料電池，氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，在正極放電，a為正極，b為負(fù)極，陰離子移向負(fù)極，則該電池工作時，OH- 向b極移動；

②甲醇作燃料的電池示意圖中，KOH作電解質(zhì)，甲醇反應(yīng)生成的二氧化碳與KOH反應(yīng)生成碳酸鉀，所以該電池負(fù)極反應(yīng)的電極反應(yīng)式為CH3OH + 8OH- - 6e- = CO32- + 6H2O。