Question

4．CO、SO₂是主要的大氣污染氣體，利用化學反應原理是治理污染的重要方法．
I、甲醇可以補充和部分替代石油燃料，緩解能源緊張．利用CO可以合成甲醇．
（1）已知：CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H₁=-283.0kJ•mol^-1
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（1）△H₂=-285.8kJ•mol^-1
CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（1）△H₃=-764.5kJ•mol^-1
則CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H=-90.1kJ•mol^-1
（2）一定條件下，在容積為VL的密閉容器中充入amol　CO與2a mol H₂合成甲醇平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關系如圖1所示．

①P₁＜ P₂（填“＞”、“＜”或“=”），理由是甲醇的合成反應是分子數(shù)減少的反應，相同溫度下，增大壓強CO的轉(zhuǎn)化率提高
②該甲醇合成反應在A點的平衡常數(shù)K=$\frac{12{V}^{2}}{{a}^{2}}$（用a和V表示）
③該反應達到平衡時，反應物轉(zhuǎn)化率的關系是：CO=H₂（填“＞”、“＜”或“=”）
④下列措施中能夠同時滿足增大反應速率和提高CO轉(zhuǎn)化率的是C．（填寫相應字母）
A、使用高效催化劑    B、降低反應溫度C、增大體系壓強
D、不斷將CH₃0H從反應混合物中分離出來E、增加等物質(zhì)的量的CO和H₂
Ⅱ、某學習小組以SO₂為原料，采用電化學方法制取硫酸．
（3）原電池法：
該小組設計的原電池原理如圖2所示．
寫出該電池負極的電極反應式SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺．
（4）電解法：
該小組用Na₂SO₃溶液充分吸收S0₂得到NaHSO₃溶液，然后電解該溶液制得了硫酸．原理如圖3所示．
寫出開始電解時陽極的電極反應式HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g），利用蓋斯定律進行計算；
（2）①依據(jù)反應是氣體體積減小的反應，相同溫度下增大壓強平衡正向進行；
②100°C時一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為0.75，結(jié)合平衡三段式列式根據(jù)平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$進行計算；
③根據(jù)轉(zhuǎn)化率=$\frac{轉(zhuǎn)化率}{起始量}$×100%來比較；
④根據(jù)增大濃度、溫度、壓強或者使用催化劑會增大反應速率以及平衡向正反應方向移動會提高CO轉(zhuǎn)化率來判斷；
（3）依據(jù)原電池原理，負極是失電子發(fā)生氧化反應，二氧化硫失電子生成硫酸的過程；
（4）根據(jù)化合價變化判斷陽極反應物質(zhì)，寫出陽極反應式．

解答 解：（1）①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H₁=-283.0kJ•mol^-1
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（I）△H₂=-285.8kJ•mol^-1
③CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（I）△H₃=-764.5kJ•mol^-1
由蓋斯定律①+2×②-③得：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g），△H=（-283.0-285.8×2+764.5）kJ•mol^-1=-90.1kJ•mol^-1，
故答案為：-90.1；
（2）①圖象分析可知相同溫度下P₂壓強下一氧化碳轉(zhuǎn)化率大于P₁壓強下一氧化碳轉(zhuǎn)化率，反應是氣體體積減小的反應，壓強增大平衡正向進行，所以P₁＜P₂；
故答案為：＜；甲醇的合成反應是分子數(shù)減少的反應，相同溫度下，增大壓強CO的轉(zhuǎn)化率提高；
②向VL恒容密閉容器中充入a mol CO與2a mol H₂，100°C時一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為50%，
                     CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol） a           2a               0 
變化量（mol）0.75a     1.5a          0.75a   
平衡量（mol）0.25a     0.5a          0.75a   
平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{\frac{0.75a}{V}}{\frac{0.25a}{V}（\frac{0.5a}{V}）^{2}}$=$\frac{12{V}^{2}}{{a}^{2}}$，
故答案為：$\frac{12{V}^{2}}{{a}^{2}}$；
③因為轉(zhuǎn)化率=轉(zhuǎn)化量總量，又CO和H₂按照系數(shù)比1：2消耗，而開始充入α molCO與2a molH₂也剛好為1：2，所以CO的轉(zhuǎn)化率等于H₂的轉(zhuǎn)化率，
故答案為：=；
④A、使用高效催化劑只能增大反應速率，不能改變平衡移動，所以CO的轉(zhuǎn)化率不變，故A錯誤；
B、降低反應溫度會減慢反應速率，故B錯誤；
C、增大體系壓強，不僅增大反應速率，而且平衡也向正反應方向移動，所以CO的轉(zhuǎn)化率也增大，故C正確；
D、不斷將CH₃0H從反應混合物中分離出來，即減小生成物的濃度，則反應速率減小，故D錯誤；
E、增加等物質(zhì)的量的CO和H₂，即增大反應物的濃度，反應速率增大，但增加了CO則CO的轉(zhuǎn)化率也減小，故E錯誤；
故答案為：C；
（3）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生成硫酸根離子和氫離子，所以負極上的電極反應式為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；
（4）電解池中陽極和電源正極相連，失去電子，發(fā)生氧化反應，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-，則陽極電極反應式是：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺；
故答案為：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺．

點評 本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用，化學平衡影響因素的分析判斷，平衡移動原理分析應用，原電池電極反應和電解池原理的理解應用，題目難度中等．