Question

9．化學在解決霧霾污染中有著重要的作用，霧霾由多種污染物形成，其中包含顆粒物（包括PM2.5）、氮氧化物（NO_x）、CO、SO₂等．
（1）已知：NO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?NO₂（g）△H=-56.5kJ•mol^-1
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
則反應NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H=-41.8kJ•mol^-1．
一定條件下，將NO₂與SO₂以體積比1：2置于恒溫恒容的密閉容器中發(fā)生上述反應，下列能說明反應達到平衡狀態(tài)的有b．
a．混合氣體的平均相對分子質量       b．混合氣體顏色保持不變
c．SO₃和NO的體積比保持不變        d．每消耗1mol SO₃的同時生成1mol NO₂
（2）CO綜合利用．
①CO用于合成甲醇反應方程式為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），若起始投入1molCO，2mol H₂，CO在不同溫度下的平衡轉化率與壓強的關系如圖1．得知該反應△H＜0，該反應實際生產條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右最為適宜．
②電解CO制備CH₄，電解質為碳酸鈉溶液，工作原理如圖2所示，寫出陰極區(qū)電極反應式CO+6e^-+5H₂O=6OH^-+CH₄．

Answer 1

分析 （1）利用蓋斯定律計算反應熱，得到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度不變，由此衍生的一些物理量也不變；
（2）①圖象分析可知壓強一定，溫度升高CO轉化率減小，說明升溫平衡逆向進行，逆向是吸熱反應，溫度在250°一氧化碳轉化率高，反應速率大；
②由此電解原理可知，陽極失去電子生成二氧化碳氣體，加入碳酸鈉，碳酸鈉與二氧化碳反應生成碳酸氫鈉，陰極CO得到電子生成甲烷氣體．

解答 解：（1）①NO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?NO₂（g）△H=-56.5kJ•mol^-1
②2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1，$②×\frac{1}{2}-①$得，NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H=-41.8kJ•mol^-1，
a．隨反應：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的進行，氣體的質量和物質的量都不變，混合氣體的平均相對分子質量始終不變，不能說明到達平衡狀態(tài)，故a錯誤；
b．混合氣體顏色保持不變，說明二氧化氮的濃度不變，說明到達平衡狀態(tài)，故b正確；
c．隨反應進行，SO₃和NO都是生成物，所以體積比一直等于系數(shù)比，所以SO₃和NO的體積比保持不變，不能說明到達平衡狀態(tài)，故c錯誤；
d．每生成1molSO₃的同時消耗1molNO₂都表示逆反應速率，反應自始至終都按此比例進行，故d錯誤；
故答案為：-41.8；b；
（2）①圖象分析可知壓強一定，溫度升高CO轉化率減小，說明升溫平衡逆向進行，逆向是吸熱反應，正向為放熱反應，△H＜0，圖象分析可知，溫度在250°一氧化碳轉化率高，反應速率大，
故答案為：＜；250；
②由此電解原理可知，陽極失去電子生成二氧化碳氣體，加入碳酸鈉，碳酸鈉與二氧化碳反應生成碳酸氫鈉，陰極CO得到電子生成甲烷氣體，據此離子反應方程式為：4CO+3CO₃^2-+5H₂O=6HCO₃^-+CH₄↑，陰極區(qū)電極反應式為：CO+6e^-+5H₂O=6OH^-+CH₄，
故答案為：CO+6e^-+5H₂O=6OH^-+CH₄．

點評 本題考查較為綜合，為高考常見題型，側重于學生的分析能力、計算能力的考查，題目涉及熱化學方程式書寫，化學平衡影響因素分析判斷，原電池原理和電極反應書寫方法，題目難度中等．