Question

3．減少污染、保護(hù)環(huán)境是全世界最熱門的課題．
（1）為了減少空氣中SO₂的排放，常采取的措施有：將煤轉(zhuǎn)化為清潔氣體燃料．
已知：H₂（g）+1/2O₂（g）═H₂O（g）△H₁=-241.8kJ•mol^-1
C（s）+1/2O₂（g）═CO（g）△H₂=-110.5kJ•mol^-1
則焦炭與水蒸氣反應(yīng)生成CO的熱化學(xué)方程式為：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1
（2）CO在催化劑作用下可以與H₂反應(yīng)生成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．在密閉容器中充有10mol CO與20mol H₂，CO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖1所示．

①M(fèi)、N兩點(diǎn)平衡狀態(tài)下，容器中總物質(zhì)的物質(zhì)的量之比為：n（M）總：n（N）總=10：8．
②若M、N、Q三點(diǎn)的平衡常數(shù)K_M、K_N、K_Q的大小關(guān)系為K_M=K_N＞K_Q．
（3）電化學(xué)降解NO${\;}_{3}^{-}$的原理如圖2所示，電源正極為a（填“a”或“b”）；若總反應(yīng)為4NO₃^-+4H⁺$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$5O₂↑+2N₂↑+2H₂O，則陰極反應(yīng)式為2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O．
（4）已知25℃時(shí)，電離常數(shù)K_a（HF）=3.6×10^-4，溶度積常數(shù)K_sp（CaF₂）=1.5×10^-10．現(xiàn)向1000L 1.5×10^-2mol/L CaCl₂溶液中通入氟化氫氣體，當(dāng)開始出現(xiàn)白色沉淀時(shí)，通入的氟化氫為0.128 mol（保留3位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）已知：①．H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H₁=-241.8kJ•mol^-1
②．C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H₂=-110.5kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，②-①可得：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g），△H=△H₂-△H₁；
（2）①M(fèi)點(diǎn)時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為50%，則參加反應(yīng)的n（CO）=10mol×50%=5mol，還剩余5molCO，根據(jù)方程式知，還剩余n（H₂）=20mol-5mol×2=10mol，生成n（CH₃OH）=5mol；
N點(diǎn)時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為70%，參加反應(yīng)的n（CO）=10mol×70%=7mol，還剩余3molCO，根據(jù)方程式知，還剩余n（H₂）=20mol-7mol×2=6mol，生成n（CH₃OH）=7mol；
②化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，相同溫度時(shí)其平衡常數(shù)相等，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，其平衡常數(shù)減�。�
（3）根據(jù)圖象知，硝酸根離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，則b為負(fù)極、a為正極，陰極上硝酸根離子得電子生成氮?dú)夂退��?br />（4）根據(jù)溶度積常數(shù)K_sp（CaF₂）=1.5×10^-10，計(jì)算溶液中溶液中最小c（F^-），溶液中c（H⁺）≈c（F^-）=10^-4mol/L，再根據(jù)電離常數(shù)K_a（HF）=3.6×10^-4計(jì)算溶液中c（HF），再根據(jù)n（HF）=[c（F^-）+c（HF）]×V計(jì)算．

解答 解：（1）已知：①．H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H₁=-241.8kJ•mol^-1
②．C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H₂=-110.5kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，②-①可得：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1，
故答案為：C（s）+H₂O（g））═CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1；
（2）①M(fèi)點(diǎn)時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為50%，則參加反應(yīng)的n（CO）=10mol×50%=5mol，還剩余5molCO，根據(jù)方程式知，還剩余n（H₂）=20mol-5mol×2=10mol，生成n（CH₃OH）=5mol；
N點(diǎn)時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為70%，參加反應(yīng)的n（CO）=10mol×70%=7mol，還剩余3molCO，根據(jù)方程式知，還剩余n（H₂）=20mol-7mol×2=6mol，生成n（CH₃OH）=7mol，
所以容器中總物質(zhì)的物質(zhì)的量之比為：n（M）_總：n（N）_總=（5+10+5）mol：（3+6+7）mol=10：8，
故答案為：10：8；
②化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，相同溫度時(shí)其平衡常數(shù)相等，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，其平衡常數(shù)減小，根據(jù)圖象知，溫度：M=N＜Q，則若M、N、Q三點(diǎn)的平衡常數(shù)K_M、K_N、K_Q的大小關(guān)系為K_M=K_N＞K_Q，故答案為：K_M=K_N＞K_Q；
（3）根據(jù)圖象知，硝酸根離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，則b為負(fù)極、a為正極，陰極上硝酸根離子得電子生成氮?dú)夂退�，電極反應(yīng)式為2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O，
故答案為：a；2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O；
（4）現(xiàn)向1000L 1.5×10^-2mol/L CaCl₂溶液中通入氟化氫氣體，當(dāng)開始出現(xiàn)白色沉淀時(shí)，溶液中最小c（F^-）=$\sqrt{\frac{1.5×1{0}^{-10}}{1.5×1{0}^{-2}}}$mol/L=10^-4mol/L，溶液中c（H⁺）≈c（F^-）=10^-4mol/L，電離常數(shù)K_a（HF）=3.6×10^-4，則溶液中c（HF）=$\frac{1{0}^{-4}×1{0}^{-4}}{3.6×1{0}^{-4}}$mol/L=$\frac{1}{3.6}$×10^-4mol/L，故通入的氟化氫為1000L×（10^-4mol/L+$\frac{1}{3.6}$×10^-4mol/L）=0.128，
故答案為：0.128．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、熱化學(xué)方程式書寫、原電池、溶度積于電離平衡常數(shù)有關(guān)計(jì)算等，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，難度中等．