Question

【題目】CO、SO2是主要的大氣污染氣體，利用化學(xué)反應(yīng)原理是治理污染的重要方法。

I.甲醇是一種新型燃料，甲醇燃料電池即將從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)化生產(chǎn)。工業(yè)上一般以CO和H2為原料合成甲醇，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CO（g）+2H2（g） CH3OH（g） △H1＝-116kJ·mol-1

（1）下列措施中有利于增大該反應(yīng)的反應(yīng)速率的是___；

A．隨時(shí)將CH3OH與反應(yīng)混合物分離 B．降低反應(yīng)溫度

C．增大體系壓強(qiáng) D．使用高效催化劑

（2）已知：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g） △H1＝-116kJ·mol-1

CO（g）+O2(g)=CO2（g） △H2＝-283kJ·mol-1

H2（g）+O2(g)=H2O(g) △H3

化學(xué)鍵	H—H	O=O	O—H
鍵能/KJmol-1	436	498	463.5

則△H3=___，表示1mol氣態(tài)甲醇完全燃燒生成CO2和水蒸氣時(shí)的熱化學(xué)方程式為___；

Ⅱ.當(dāng)溫度高于500 K時(shí)，科學(xué)家成功利用二氧化碳和氫氣合成了乙醇，2CO2（g）＋6H2（g）C2H5OH（g）＋3H2O（g）。這在節(jié)能減排、降低碳排放方面具有重大意義�；卮鹣铝袉栴}：

（1）其平衡常數(shù)表達(dá)式為K=____。

（2）在恒容密閉容器中，判斷上述反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)是___。

a．體系壓強(qiáng)不再改變 b．H2的濃度不再改變

c．氣體的密度不隨時(shí)間改變 d．單位時(shí)間內(nèi)消耗H2和CO2的物質(zhì)的量之比為3∶1

（3）在一定壓強(qiáng)下，測(cè)得由CO2制取CH3CH2OH的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，起始投料比、溫度與CO2的轉(zhuǎn)化率的關(guān)系如圖。根據(jù)圖中數(shù)據(jù)

①降低溫度，平衡向____方向移動(dòng)。

②在700K、起始投料比=1.5時(shí)，H2的轉(zhuǎn)化率為___。

③在500K、起始投料比＝2時(shí)，達(dá)到平衡后H2的濃度為amol·L－1，則達(dá)到平衡時(shí)CH3CH2OH的濃度為___。

Ⅲ.某學(xué)習(xí)小組以SO2為原料，采用原電池法制取硫酸。該小組設(shè)計(jì)的原電池原理如圖所示。該電池中右側(cè)為___極，寫出該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式___。

Answer 1

【答案】CD -242kJ·mol-1 CH3OH（g）+O2（g）CO2（g）+2H2O（g） △H＝-651kJ·mol-1 ab 正反應(yīng)(或右) 40% 1.5amol·L-1 正極 SO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+

【解析】

I.(1)根據(jù)平衡移動(dòng)原理進(jìn)行判斷，溫度升高，反應(yīng)速率加快，使用催化劑，反應(yīng)速率加快；

(2)△H3＝反應(yīng)物的鍵能和-生成物的鍵能和；已知：①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1＝-116kJ·mol-1，②CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H2＝-283kJ·mol-1，③H2(g)+O2(g)=H2O(g) △H3，根據(jù)蓋斯定律可知：①-②-③×2得：CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)，由此計(jì)算△H；

Ⅱ. (1)根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式為生成物濃度的冪次方之積比上反應(yīng)物濃度的冪次方之積書寫；

(2)結(jié)合平衡狀態(tài)的特征分析即可；

(3)①由圖可知，橫坐標(biāo)為投料比，縱坐標(biāo)為CO2的轉(zhuǎn)化率，曲線為等溫線，則相同投料比時(shí)溫度低對(duì)應(yīng)的CO2的轉(zhuǎn)化率大；

②700K，起始投料比=1.5時(shí)，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為20%，求氫氣的變化量，從而求出轉(zhuǎn)化率；

③在500K、起始投料比=2時(shí)，CO2的轉(zhuǎn)化率為60%，則：

此時(shí)H2的轉(zhuǎn)化率為=90%，又達(dá)到平衡后H2的濃度為amolL-1，則反應(yīng)消耗的H2的濃度為9amolL-1，再根據(jù)系數(shù)比計(jì)算達(dá)到平衡時(shí)CH3CH2OH的濃度。

Ⅲ. 負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，由圖可知，負(fù)極上是二氧化硫氧化生成硫酸。

I.(1)A．隨時(shí)將CH3OH與反應(yīng)混合物分離，沒有改變反應(yīng)速率，故A錯(cuò)誤；

B．溫度降低，反應(yīng)速率變小，故B錯(cuò)誤；

C．壓強(qiáng)增大，反應(yīng)速率加快，故C正確；

D．使用催化劑，反應(yīng)速率加快，故D正確；

故答案為CD；

(2)△H3＝反應(yīng)物的鍵能和-生成物的鍵能和=(436 kJ·mol-1)+(498 kJ·mol-1)×-(463.5 kJ·mol-1)×2=-242kJ·mol-1；已知：①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1＝-116kJ·mol-1，②CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H2＝-283kJ·mol-1，③H2(g)+O2(g)=H2O(g) △H3，根據(jù)蓋斯定律可知：①-②-③×2得：CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)，則△H=(-116kJ·mol-1)-(-283kJ·mol-1)-(-242kJ·mol-1)×2==-651kJmol-1，即1mol氣態(tài)甲醇完全燃燒生成CO2和水蒸氣時(shí)的熱化學(xué)方程式為CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H=-651kJmol-1；

Ⅱ. (1)已知2CO2(g)＋6H2(g)C2H5OH(g)＋3H2O(g)，則K==；

(2)a．混合氣體的物質(zhì)的量減小，則體系壓強(qiáng)一直在減小，當(dāng)體系壓強(qiáng)不再改變，能說明到達(dá)平衡，故a正確；

b．H2的濃度不再改變，可以H2的物質(zhì)的量不再隨時(shí)間變化而變化，此時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡，故b正確；

c．容器的體積不變，混合氣體的質(zhì)量始終不發(fā)生變化，混合氣體的密度也始終不變，則當(dāng)混合氣體密度不變，不能說明到達(dá)平衡，故c錯(cuò)誤；

d．單位時(shí)間內(nèi)消耗H2和CO2的物質(zhì)的量之比為3:1，指正反應(yīng)方向，所以不能說明到達(dá)平衡，故d錯(cuò)誤；

故答案為ab；

(3)①由圖可知，橫坐標(biāo)為投料比，縱坐標(biāo)為CO2的轉(zhuǎn)化率，曲線為等溫線，則相同投料比時(shí)溫度低對(duì)應(yīng)的CO2的轉(zhuǎn)化率大，即降低溫度平衡正反應(yīng)方向移動(dòng)；

②700K，起始投料比=1.5時(shí)，CO2的轉(zhuǎn)化率為20%，則：

此時(shí)H2的轉(zhuǎn)化率為×100%=40%；

③在500K、起始投料比=2時(shí)，CO2的轉(zhuǎn)化率為60%，則：

此時(shí)H2的轉(zhuǎn)化率為=90%，又達(dá)到平衡后H2的濃度為amolL-1，則反應(yīng)消耗的H2的濃度為9amolL-1，所以達(dá)到平衡時(shí)CH3CH2OH的濃度為=molL-1=1.5amolL-1；

Ⅲ. 負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，由圖可知，負(fù)極上是二氧化硫氧化生成硫酸，即電池右側(cè)為負(fù)極，發(fā)生的電極反應(yīng)式為：SO2-2e-+2H2O═SO42-+4H+。