Question

2．運用化學(xué)反應(yīng)原理知識研究如何利用CO、SO₂等污染物有重要意義．

（1）用CO可以合成甲醇．已知：
CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.5kJ•mol^-1
CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1
則CO（g）+2H₂（g）   CH₃OH（g）△H=-90.1kJ•mol^-1．
（2）下列措施中能夠增大上述合成甲醇反應(yīng)速率的是ac（填寫序號）．
a．使用高效催化劑      b．降低反應(yīng)溫度
c．增大體系壓強   d．不斷將CH₃OH從反應(yīng)混合物中分離出來
（3）在一定壓強下，容積為V L的容器中充入a mol CO與2a mol H₂，在催化劑作用下反應(yīng)生成甲醇，平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關(guān)系如圖1所示．
①p₁小于p₂（填“大于”、“小于”或“等于”）；
②100℃時，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=（$\frac{V}{a}$）²；
③在其他條件不變的情況下，再增加a mol CO和2a mol H₂，達到新平衡時，CO的轉(zhuǎn)化率增大（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（4）某科研小組用SO₂為原料制取硫酸．
①利用原電池原理，用SO₂、O₂和H₂O來制備硫酸，該電池用多孔材料作電極，它能吸附氣體，同時也能使氣體與電解質(zhì)溶液充分接觸．請寫出該電池負極的電極反應(yīng)式：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺．
②用Na₂SO₃溶液充分吸收SO₂得NaHSO₃溶液，然后電解該溶液可制得硫酸．電解原理示意圖如圖2．請寫出開始時陽極反應(yīng)的電極反應(yīng)式：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺．

Answer 1

分析 （1）將已知方程式變型得到目標方程式，依據(jù)蓋斯定律計算反應(yīng)熱；
（2）據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率因素來分析；
（3）①相同溫度下，同一容器中，增大壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動，則CO的轉(zhuǎn)化率增大；
②該溫度下，平衡時n（CO）=amol×（1-0.5）=0.5amol，n（CH₃OH）=c（CO）（參加反應(yīng)）=amol×0.5=0.5amol，n（H₂）=2amol-2×amol×0.5=amol，則c（CO）=$\frac{0.5a}{V}$mol/L、c（CH₃OH）=$\frac{0.5a}{V}$mol/L、c（H₂）=$\frac{a}{V}$mol/L，化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）．{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
③在其它條件不變的情況下，再增加a mol CO和2a mol H₂，相當(dāng)于增大壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動；
（4）①依據(jù)原電池原理，負極是失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，二氧化硫失電子生成硫酸的過程；
②根據(jù)化合價變化判斷陽極反應(yīng)物質(zhì)，寫出陽極反應(yīng)式．

解答 解：（1）①CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.5kJ•mol^-1
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1，
依據(jù)蓋斯定律②+③×2-①得：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H，則△H=△H₂+2△H₃-△H₁=-90.1KJ/mol；
故答案為：-90.1；
（2）a．使用高效催化劑，加快化學(xué)反應(yīng)速率，故a正確；      
b．降低反應(yīng)溫度，減慢化學(xué)反應(yīng)速率，故b錯誤；
c．該反應(yīng)有氣體參加，增大體系壓強，化學(xué)反應(yīng)加快，故c正確；
d．不斷將CH₃OH從反應(yīng)混合物中分離出來，能使平衡向正向移動，但不影響甲醇的生成速率，故d錯誤，
故答案為：ac；
（3）：①相同溫度下，同一容器中，增大壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動，則CO的轉(zhuǎn)化率增大，根據(jù)圖象知，p₁小于p₂，
故答案為：小于；
②該溫度下，平衡時n（CO）=amol×（1-0.5）=0.5amol，n（CH₃OH）=c（CO）（參加反應(yīng)）=amol×0.5=0.5amol，n（H₂）=2amol-2×amol×0.5=amol，則c（CO）=$\frac{0.5a}{V}$mol/L、c（CH₃OH）=$\frac{0.5a}{V}$mol/L、c（H₂）=$\frac{a}{V}$mol/L，化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）．{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{\frac{0.5a}{V}}{\frac{0.5a}{V}×（\frac{a}{V}）^{2}}$=（$\frac{V}{a}$）²，
故答案為：（$\frac{V}{a}$）²；
③在其它條件不變的情況下，再增加a mol CO和2a mol H₂，相當(dāng)于將2amolCO、4amolH₂充入2VL密閉容器中，當(dāng)反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時再縮小體積至VL，增大壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動，所以CO的轉(zhuǎn)化率增大，
故答案為：增大；
（4）：①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(yīng)生成硫酸根離子和氫離子，所以負極上的電極反應(yīng)式為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；
②電解池中陽極和電源正極相連，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(yīng)式是：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺；
故答案為：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺．

點評 本題考查反應(yīng)熱的計算、轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強關(guān)系，明確溫度、壓強對該反應(yīng)平衡影響是解本題關(guān)鍵，注意（3）③中采用等效平衡方法解答，題目難度中等．