Question

4．碳、硫和氮元素及其化合物的處理，是資源利用和環(huán)境保護(hù)的重要研究課題．
（1）CO可轉(zhuǎn)化成二甲醚，原理為：2CO（g）+4H₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）已知一定條件下，該反應(yīng)中CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度、投料比[n（H₂）/n（CO）]的變化曲線如圖1

若溫度升高，則反應(yīng)的平衡常數(shù)K將減小（填“增大”、“減小”或“不變”）；
（2）SO₂的水溶液呈酸性，某溫度下，0.02mol•L^-1亞硫酸水溶液的pH等于2，若忽略亞硫酸的二級(jí)電離和H₂O的電離，則該溫度下亞硫酸的一級(jí)電離常數(shù)K_a1=0.01．
（3）已知：反應(yīng)1：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₁；
反應(yīng)2：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₂；若△H₁＜△H₂＜0，則反應(yīng)3：SO₂（g）+NO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）屬于放熱（填“放熱”或“吸熱”）反應(yīng)．
（4）若用少量NaOH溶液吸收SO₂氣體，對(duì)產(chǎn)物NaHSO₃進(jìn)一步電解可制得硫酸，電解原理示意圖（如圖2）．電解時(shí)陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺．
（5）在恒溫密閉容器中通入SO₂和NO₂各1mol發(fā)生反應(yīng)3：SO₂（g）+NO₂（g）?SO₃（g）+NO（g），當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡后，維持溫度和容積不變，10min時(shí)再通入各1mol的SO₂和NO₂的混合氣體，20min時(shí)再次平衡．兩次平衡時(shí)NO₂的轉(zhuǎn)化率α₁=α₂（填“＞”、“＜”、“=”）；請(qǐng)?jiān)谌鐖D3畫出正反應(yīng)速率v_正在10至30min間隨時(shí)間變化的曲線圖．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)圖象可知2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OH（g）+3H₂O（g），在相同投料比[n（H₂）/n（CO）]時(shí)，溫度升高，CO的平衡轉(zhuǎn)化率降低；
（2）亞硫酸的一級(jí)電離方程式為：H₂SO₃?HSO₃^-+H⁺，根據(jù)0.02mol•L^-1亞硫酸水溶液的pH等于2來(lái)計(jì)算；
（3）根據(jù)蓋斯定律，將$\frac{①}{2}-\frac{②}{2}$可得目標(biāo)反應(yīng)；
（4）根據(jù)化合價(jià)變化判斷陽(yáng)極反應(yīng)物質(zhì)，寫出陽(yáng)極反應(yīng)式；
（5）SO₂（g）+NO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）是氣體的物質(zhì)的量不變的反應(yīng)，據(jù)此分析；由于10min時(shí)再通入各1mol的SO₂和NO₂的，故反應(yīng)物的濃度增大，則正反應(yīng)速率v_正立即增大，后逐漸減小，最后20min達(dá)到平衡．

解答 解：（1）根據(jù)圖一可以看出，對(duì)于反應(yīng)：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OH（g）+3H₂O（g），在相同投料比[n（H₂）/n（CO）]時(shí)，溫度升高，CO的平衡轉(zhuǎn)化率降低，故升高溫度，平衡左移，平衡常數(shù)減小，故答案為：減��；
（2）由于0.02mol•L^-1亞硫酸水溶液的pH等于2，即溶液中的氫離子濃度為0.01mol/L，而c（HSO₃^-）=c（H⁺），故有：
                       H₂SO₃ ?HSO₃^-+H⁺
初始濃度：0.02mol/L               0               0
轉(zhuǎn)化濃度：0.01mol/L            0.01mol/L    0.01mol/L
平衡濃度：0.01mol/L               0.01mol/L    0.01mol/L
則有電離平衡常數(shù)K_a1=$\frac{0.01mol/L×0.01mol/L}{0.01mol/L}$=0.01，故答案為：0.01；
（3）已知反應(yīng)1：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₁；
反應(yīng)2：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₂，根據(jù)蓋斯定律，將$\frac{①}{2}-\frac{②}{2}$可得目標(biāo)反應(yīng)：SO₂（g）+NO₂（g）?SO₃（g）+NO（g），則△H₃=$\frac{△{H}_{1}-△{H}_{2}}{2}$，而由于△H₁＜△H₂＜0，故△H₃=$\frac{△{H}_{1}-△{H}_{2}}{2}$＜0，故此反應(yīng)放熱，故答案為：放熱；
（4）電解池中陽(yáng)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(jià)升高，所以陽(yáng)極是HSO₃^-溶液失去電子被氧化生成SO₄^2-，則陽(yáng)極電極反應(yīng)式是：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺，
故答案為：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺；
（5）在恒溫密閉容器中通入SO₂和NO₂各1mol發(fā)生反應(yīng)3：SO₂（g）+NO₂（g）?SO₃（g）+NO（g），當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡后，維持溫度和容積不變，10min時(shí)再通入各1mol的SO₂和NO₂的混合氣體，而由于SO₂（g）+NO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）是氣體的物質(zhì)的量不變的反應(yīng)，故平衡不移動(dòng)，則兩次平衡時(shí)NO₂的轉(zhuǎn)化率α₁=α₂；由于10min時(shí)再通入各1mol的SO₂和NO₂的，故反應(yīng)物的濃度立即增大，則正反應(yīng)速率v_正立即增大，后逐漸減小，最后20min達(dá)到平衡，故正反應(yīng)速率v_正在10至30min間隨時(shí)間變化的曲線圖為：，，故答案為：=；．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡圖象問(wèn)題，題目難度中等，本題注意反應(yīng)的特點(diǎn)來(lái)分析轉(zhuǎn)化率的變化，本題易錯(cuò)，答題時(shí)注意思考．