Question

4．運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理研究碳、氮、硫等單質(zhì)及其化合物的反應(yīng)有重要意義；
（l）甲醇是重要的可再生燃料．已知在常溫常壓下：
2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
H₂O（g）═H₂O（l））△H=-44.0kJ/mol
則甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ•mol^-1．
（2）利用催化氧化反應(yīng)將轉(zhuǎn)化為是工業(yè)上生產(chǎn)硫酸的關(guān)鍵步驟．
①一定條件下，將SO₂與O₂以體積比2：1置于一體積不變的密閉容器中發(fā)生上述反
應(yīng)，能說明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是cd．
a．體系的密度不發(fā)生變
b．體系中硫元素的質(zhì)量百分含量不再變化
c．SO₂與SO₃的體積比保持不變
d 容器內(nèi)的氣體分子總數(shù)不再變化
e．單位時問內(nèi)轉(zhuǎn)移4mol電子，同時消耗2molSO₃
②T℃時，在1L密閉容器中充入0.6molSO₃，如圖1表示SO₃物質(zhì)的量隨時間的變化曲線．
達(dá)到平衡時，用SO₂ 表示的化學(xué)反應(yīng)速率為0.05mol•L^-1•min^-1； SO₃的轉(zhuǎn)化率為66.7%（保留小數(shù)點(diǎn)后-位）：

T℃時，反應(yīng)2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）的平衡常數(shù)為1.25；T℃時，其他條件不變，在8min時壓縮容器體積至0.5L，則n（ SO₃）的變化曲線為c（填字母）．
（3）有人設(shè)想以N₂和H₂為反應(yīng)物，以溶有A物質(zhì)的稀鹽酸為電解質(zhì)溶液，可制造出既能提供電能，又能固氮的新型燃料電池，裝置如圖2所示．電池正極的電極反應(yīng)式是N₂+8H⁺+6e^-=2NH₄⁺電解質(zhì)溶液的pH增大（填寫增大、減小、不變），A．物質(zhì)是NH₄Cl（寫化學(xué)式）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律，將已知反應(yīng)$\frac{①-②+③×4}{2}$得到CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）的熱化學(xué)方程式；
（2）①反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，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，以此判斷；
②在容積為1L密閉容器中充入0.6molSO₃，由圖1平衡時SO₃物質(zhì)的量為0.2mol，
             2SO₂ +O₂ ?2SO₃，
起始量（mol）  0    0      0.6
變化量（mol） 0.4   0.2    0.4
平衡量（mol） 0.4   0.2    0.2
轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；根據(jù)K=$\frac{c（S{O}_{3}）^{2}}{c（S{O}_{2}）^{2}c（{O}_{2}）}$計(jì)算；其他條件不變，在8min時壓縮容器體積至0.5L，平衡向正反應(yīng)方向移動，n（SO₃）變大；
（3）電池中氫氣失電子，在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，氮?dú)獾秒娮釉谡龢O發(fā)生還原反應(yīng)，氨氣與HCl反應(yīng)生成氯化銨，則電解質(zhì)溶液為氯化銨．

解答 解：（1）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
將$\frac{①-②+③×4}{2}$得到CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=[（-1275.6kJ/mol）-（-566.0kJ/mol）+（-44.0kJ/mol）×4]÷2=442.8kJ•mol^-1，
即CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ•mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ•mol^-1；
（2）①a．氣體質(zhì)量不變，體系的密度不發(fā)生變化，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故a錯誤；
b．氣體質(zhì)量不變，S元素質(zhì)量不變，體系中硫元素的質(zhì)量百分含量不再變化，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故b錯誤；
c．SO₂與SO₃的體積比保持不變，可說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故c正確；
d 容器內(nèi)的氣體分子總數(shù)不再變化，說明各物質(zhì)的濃度不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故d正確；
e．任何狀態(tài)下，單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)移4mol 電子，同時消耗2mol SO₃，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故e錯誤．
故答案為：cd；
②在容積為1L密閉容器中充入0.6molSO₃，由圖1平衡時SO₃物質(zhì)的量為0.2mol，
              2SO₂+O₂ ?2SO₃，
起始量（mol）  0    0     0.6
變化量（mol） 0.4   0.2    0.4
平衡量（mol） 0.4   0.2    0.2
SO₂ 表示的化學(xué)反應(yīng)速率為$\frac{\frac{0.4mol}{1L}}{8min}$=0.05mol•L^-1•min^-1，
SO₃的轉(zhuǎn)化率為=$\frac{0.4}{0.6}$×100%≈66.7%；
K=$\frac{c（S{O}_{3}）^{2}}{c（S{O}_{2}）^{2}c（{O}_{2}）}$=$\frac{0．{2}^{2}}{0．{4}^{2}×0.2}$=1.25；
其他條件不變，在8min時壓縮容器體積至0.5L，平衡向正反應(yīng)方向移動，n（SO₃）變大，即為圖象c，
故答案為：0.05mol•L^-1•min^-1；66.7%；1.25； c；
（3）該電池的本質(zhì)反應(yīng)是合成氨反應(yīng)，電池中氫氣失電子，在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，氮?dú)獾秒娮釉谡龢O發(fā)生還原反應(yīng)，則正極反應(yīng)式為N₂+8H⁺+6e^-=2NH₄⁺，消耗氫離子，所以電解質(zhì)溶液的PH增大，氨氣與HCl反應(yīng)生成氯化銨，則電解質(zhì)溶液為氯化銨溶液，
故答案為：N₂+8H⁺+6e^-=2NH₄⁺；增大；NH₄Cl．

點(diǎn)評 本題考查較為綜合，為高考常見題型，側(cè)重于化學(xué)平衡的有關(guān)知識、電化學(xué)的有關(guān)知識的考查，注意外界條件對化學(xué)平衡的影響以及有關(guān)化學(xué)計(jì)算，試題較靈活，綜合性強(qiáng)，難度較大．