Question

實施以減少能源浪費和降低廢氣排放為基本內容的節(jié)能減排政策，是應對全球氣候問題、建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的必然選擇．化工行業(yè)的發(fā)展必須符合國家節(jié)能減排的總體要求．試運用所學知識，解決下列問題：
（1）已知：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ?mol^-1
2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ?mol^-1
則反應NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的△H=

 

．
一定條件下，將NO₂與SO₂以體積比1：2置于密閉容器中發(fā)生上述反應，平衡時NO₂與SO₂體積比為1：6，則平衡常數K=

 

．
（2）已知在400℃時，N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0的K=0.5，則400℃時，在0.5L的反應容器中進行合成氨反應，一段時間后，測得N₂、H₂、NH₃的物質的量分別為2mol、1mol、2mol，則此時反應V（N₂）_正

 

V（N₂）_逆（填：＞、＜、=、不能確定）欲使得該反應的化學反應速率加快，同時使平衡時NH₃的體積百分數增加，可采取的正確措施是

 

（填序號）
A．縮小體積增大壓強   B．升高溫度  C．加催化劑   D．使氨氣液化分離出體系
E．恒溫恒容條件下，再投入N₂、H₂、NH₃的物質的量2mol、1mol、2mol
（3）以甲醇為燃料的新型電池，其成本大大低于以氫氣為燃料的傳統(tǒng)燃料電池，目前得到廣泛的研究，如圖是目前研究較多的一類固體氧化物燃料電池工作原理示意圖如圖1．

回答下列問題：
①B極為電池

 

極，電極反應式為

 

．
②若用該燃料電池做電源，用石墨做電極電解100mL 1mol/L的硫酸銅溶液，當兩極收集到的氣體體積相等時，理論上消耗的甲醇的物質的量為

 

（保留兩位有效數字）
（4）含SO₂的廢氣可用堿液進行吸收，SO₂與NaOH反應后的溶液中H₂SO₃、HSO₃^-和SO₃^2-的物質的量分數Φ與溶液pH的關系如圖2所示．
下列說法正確的是

 

（填字母序號）．
a．pH=8時，溶液中c（HSO₃^-）＜c（SO₃^2-）
b．pH=2時，溶液中c（Na⁺）+c（H⁺）=c（H₂SO₃）+2c（SO₃^2-）+c（OH^-）
c．溶液中 c（SO₃^2-）=c（HSO₃^-） 時，則c（H⁺）＞c（OH^-）
d．為獲得盡可能純的NaHSO₃，可將溶液的pH控制在4～5左右．

Answer 1

考點：化學平衡的影響因素,熱化學方程式,常見化學電源的種類及其工作原理

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）利用蓋斯定律來計算反應熱，利用化學平衡的特征“等”、“定”來判定化學平衡，利用三段法計算平衡時的濃度來計算化學平衡常數；
（2）計算濃度商和平衡常數減小比較判斷反應進行的方向，若Q=K，反應達到平衡，Q＜K，反應正向進行，Q＞K反應逆向進行；使得該反應的化學反應速率加快，同時使平衡時NH₃的體積百分數增加，需要改變條件 滿足化學反應速率增大，且平衡正向進行；
（3）B極加入甲醇，發(fā)生氧化反應，為電池的負極；總反應式為2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，正極反應式為：O₂+2e^-=2O^2-，兩式相減可得負極電極反應式；
開始階段發(fā)生反應：2Cu²⁺+2H₂O

通電  .

2Cu+O₂↑+4H⁺，銅離子完全放電后，發(fā)生反應2H₂O

通電  .

2H₂↑+O₂↑，當兩極收集到的氣體體積相等時，即氫氣與氧氣的體積相等，令是氫氣為xmol，根據電子轉移守恒列方程計算，再根據電子轉移守恒計算消耗的甲醇的量．
（4）根據圖2可知，
a．pH=8時，溶液中c（HSO₃^-）＜c（SO₃^2-），故a正確；
b．pH=2時，c（HSO₃^-）=c（H₂SO₃），再結合電荷守恒：c（Na⁺）+c（H⁺）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）+c（OH^-），可得溶液中c（Na⁺）+c（H⁺）=c（H₂SO₃）+2c（SO₃^2-）+c（OH^-）；
c．溶液中 c（SO₃^2-）=c（HSO₃^-） 時，PH＞7，則c（H⁺）＜c（OH^-）；
d．pH控制在4～5左右，硫元素幾乎全部以NaHSO₃形式存在．

解答： 解：（1）根據蓋斯定律，將第二個方程式顛倒過來，與第一個方程式相加得：2NO₂+2SO₂═2SO₃+2NO，△H=-83.6 kJ?mol^-1，故NO₂+SO₂?SO₃+NO，△H=-41.8 kJ?mol^-1；
                    NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
  起始物質的體積      a       2a      0       0
轉化物質的體積        x        x      x       x
平衡物質的體積        a-x     2a-x    x       x
則（a-x）：（2a-x）=1：6，故x=

4

5

a，
故平衡常數為=

x2

(a-x)(2a-x)

=

8

3

．
故答案為：-41.8；2.67或

8

3

；
（2）一段時間后，當N₂、H₂、NH₃的物質的量分別為2mol/L、1mol/L、2mol/L時，Qc=

4×4

4×23

=0.5，所以該狀態(tài)是平衡狀態(tài)，正逆反應速率相等，故答案為：=；
欲使得該反應的化學反應速率加快，同時使平衡時NH₃的體積百分數增加，
A．反應是氣體體積減小的反應，縮小體積增大壓強，反應速率增大，平衡逆向進行，故A正確；
B．反應是放熱反應，升高溫度，速率增大，平衡逆向進行，故B錯誤；  
C．加催化劑改變反應速率，不改變平衡，故C錯誤；
D．使氨氣液化移走，平衡正向進行，反應速率減小，故D錯誤；
E．恒溫恒容條件下，再投入N₂、H₂、NH₃的物質的量2mol、1mol、2mol，相當于加壓，使得該反應的化學反應速率加快，同時使平衡時NH₃的體積百分數增加，故答案為：AE；
（3）B極加入甲醇，發(fā)生氧化反應，為電池的負極；總反應式為2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，正極反應式為：O₂+2e^-=2O^2-，兩式相減，負極反應為：CH₃OH+3O^2--6e^-=CO₂+2H₂O，
故答案為：CH₃OH+3O^2--6e^-=CO₂+2H₂O；
（2）硫酸銅的物質的量=0.1L×1mol/L=0.1mol，開始階段發(fā)生反應：2Cu²⁺+2H₂O

通電  .

2Cu+O₂↑+4H⁺，銅離子完全放電后，發(fā)生反應2H₂O

通電  .

2H₂↑+O₂↑，當兩極收集到的氣體體積相等時，即氫氣與氧氣的體積相等，令是氫氣為xmol，根據電子轉移守恒，則：0.1mol×2+2x=4x，解得x=0.1，
根據電子轉移守恒，可知消耗的甲醇物質的量=

0.1×4

6

=0.067mol，故答案為：0.067mol；（15分）
（4）根據圖2可知，
a．pH=8時，溶液中c（HSO₃^-）＜c（SO₃^2-），故a正確；
b．pH=2時，c（HSO₃^-）=c（H₂SO₃），再結合電荷守恒：c（Na⁺）+c（H⁺）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）+c（OH^-），可得溶液中c（Na⁺）+c（H⁺）=c（H₂SO₃）+2c（SO₃^2-）+c（OH^-），故b正確；
c．溶液中 c（SO₃^2-）=c（HSO₃^-） 時，PH＞7，則c（H⁺）＜c（OH^-），故c錯誤；
d．為獲得盡可能純的NaHSO₃，可將溶液的pH控制在4～5左右，故d正確；故選abd．

點評：本題考查了化學平衡的影響因素、平衡常數的計算、蓋斯定律的應用、電化學、溶液中離子濃度大小等問題，綜合性較強，難度中等．