Question

11．研究NO₂、SO₂、CO 等大氣污染氣體的處理具有重要意義．

（1）NO₂可用水吸收，相應(yīng)的化學(xué)方程式為3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO．利用反應(yīng)6NO₂+8NH₃ $?_{△}^{催化劑}$7N₂+12H₂O也可以處理NO₂．當(dāng)轉(zhuǎn)移1.2mol電子時(shí)，消耗的NO₂在標(biāo)準(zhǔn)狀況下是67.2L．
（2）已知：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
2NO （g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1
則反應(yīng)NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO （g） 的△H=-41.8kJ•mol^-1，一定條件下，將NO₂與SO₂以體積比1：2置于密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，下列能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是b．
a．體系壓強(qiáng)保持不變              b．混合氣體顏色保持不變
c．SO₃與NO的體積比保持不變     d．每消耗1mol SO₃的同時(shí)生成1mol NO₂
測(cè)得上述反應(yīng)平衡時(shí)的NO₂與SO₂體積比為1：6，則平衡常數(shù)K=$\frac{8}{3}$．
（3）CO可用于合成甲醇，反應(yīng)方程式為CO （g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）．
①CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系如圖1所示．該反應(yīng)△H＜0（填“＞”或“＜”）．實(shí)際生產(chǎn)條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強(qiáng)的理由是在1.3×10⁴kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強(qiáng)CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加得不償失．
②甲醇燃料電池（簡(jiǎn)稱DMFC）由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能量轉(zhuǎn)化率高、對(duì)環(huán)境無(wú)污染，可作為常規(guī)能源的替代品而越來(lái)越受到關(guān)注．DMFC工作原理如圖2所示：通入a氣體的電極是原電池的負(fù)極（填“正”或“負(fù)”），其電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)物質(zhì)與水的反應(yīng)物與生成物來(lái)書(shū)寫化學(xué)反應(yīng)方程式，再利用氧化還原反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移計(jì)算，然后計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體的體積；
（2）根據(jù)蓋斯定律來(lái)計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的焓變；根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征：逆、定、動(dòng)、變、等來(lái)判斷化學(xué)反應(yīng)是否達(dá)到平衡；化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，由此衍生的一些物理量也不變，計(jì)算平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，可計(jì)算平衡常數(shù)；
（3）①?gòu)臋M坐標(biāo)上一點(diǎn)，畫(huà)一條平行于縱坐標(biāo)的虛線，看相同壓強(qiáng)下不同溫度時(shí)CO的平衡轉(zhuǎn)化率，溫度越低轉(zhuǎn)化率越低，說(shuō)明，升溫時(shí)平衡向逆向移動(dòng)；
②根據(jù)圖知，交換膜是質(zhì)子交換膜，則電解質(zhì)溶液呈酸性，根據(jù)氫離子移動(dòng)方向知，通入a的電極為負(fù)極、通入b的電極為正極，負(fù)極上甲醇失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上是氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，酸性溶液中生成水．

解答 解：（1）NO₂與H₂O反應(yīng)的方程式為：3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO；6NO₂+8NH₃═7N₂+12H₂O，當(dāng)反應(yīng)中有1 mol NO₂參加反應(yīng)時(shí)，共轉(zhuǎn)移了4 mol電子，故轉(zhuǎn)移12mol電子時(shí)，消耗的NO₂為12÷4×22.4L=67.2L，
故答案為：3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO；67.2；
（2）根據(jù)蓋斯定律，將第二個(gè)方程式顛倒過(guò)來(lái)，與第一個(gè)方程式相加得：2NO₂+2SO₂═2SO₃+2NO，△H=-83.6 kJ•mol^-1，則NO₂+SO₂?SO₃+NO△H=-41.8 kJ•mol^-1；
a．本反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，故體系的壓強(qiáng)保持不變，故a不能說(shuō)明反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)，a錯(cuò)誤；
b．隨著反應(yīng)的進(jìn)行，NO₂的濃度減小，顏色變淺，故b可以說(shuō)明反應(yīng)已達(dá)平衡，故b正確；
c．SO₃和NO都是生成物，比例保持1：1，故c不能作為平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)，故c錯(cuò)誤；
d．d中所述的兩個(gè)速率都是逆反應(yīng)速率，不能作為平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)，故d錯(cuò)誤．
故選b；
                     NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
起始物質(zhì)的體積 a             2a              0             0
轉(zhuǎn)化物質(zhì)的體積 x             x               x             x
平衡物質(zhì)的體積 a-x      2a-x              x              x
平衡時(shí)NO₂與SO₂體積比為1：6，即$\frac{a-x}{2a-x}$=$\frac{1}{6}$，故x=$\frac{4}{5}$a，故平衡常數(shù)K=$\frac{c（S{O}_{3}）•c（NO）}{c（N{O}_{2}）•c（S{O}_{2}）}$=$\frac{{x}^{2}}{（a-x）（2a-x）}$=$\frac{（\frac{4}{5}a）^{2}}{\frac{1}{5}a×\frac{6}{5}a}$=$\frac{8}{3}$，
故答案為：-41.8；b；$\frac{8}{3}$；
（3）①?gòu)臋M坐標(biāo)上一點(diǎn)0.5處，畫(huà)一條平行于縱坐標(biāo)的虛線，看相同壓強(qiáng)下不同溫度時(shí)CO的平衡轉(zhuǎn)化率，溫度越高轉(zhuǎn)化率越低，說(shuō)明，升溫時(shí)平衡向逆向移動(dòng)．
第二問(wèn)：實(shí)際生產(chǎn)條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強(qiáng)的理由是工業(yè)生產(chǎn)要考慮速經(jīng)濟(jì)效益，要考慮速度和效率，壓強(qiáng)越大需要的條件越高，花費(fèi)越大．
故答案為：＜；在1.3×10⁴kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強(qiáng)CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加得不償失；
②根據(jù)圖知，交換膜是質(zhì)子交換膜，則電解質(zhì)溶液呈酸性，根據(jù)氫離子移動(dòng)方向知，通入a的電極為負(fù)極、通入b的電極為正極，負(fù)極上甲醇失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極反應(yīng)式為 CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，
故答案為：負(fù)；O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題以NO₂、SO₂、CO等物質(zhì)為載體，綜合考查化學(xué)方程式的書(shū)寫和氧化還原反應(yīng)，及平衡常數(shù)的計(jì)算等問(wèn)題，側(cè)重于學(xué)生綜合運(yùn)用化學(xué)知識(shí)的能力的考查，題目難度中等．