Question

研究NO₂、SO₂、CO等大氣污染氣體的測量及處理具有重要意義．
（1）I₂O₅可使H₂S、CO、HC1等氧化，常用于定量測定CO的含量．已知：2I₂（s）+5O₂（g）=2I₂O₅（s）△H=-75.56kJ?mol^-1； 2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ?mol^-1
寫出CO（g）與I₂O₅（s）反應生成I₂（s）和CO₂（g）的熱化學方程式：

 

．
（2）一定條件下，NO₂與SO₂反應生成SO₃和NO兩種氣體：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
將體積比為1：2的NO₂、SO₂氣體置于密閉容器中發生上述反應，下列能說明反應達到平衡狀態的是

 

，
a．體系壓強保持不變                  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 SO₂的同時生成1molNO
測得上述反應平衡時NO₂與SO₂體積比為1：6，則平衡常數K=

 

．
（3）從脫硝、脫硫后的煙氣中獲取二氧化碳，用二氧化碳合成甲醇是碳減排的新方向．將CO₂轉化為甲醇的熱化學方程式為：CO₂ （g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃
①取五份等體體積CO₂和H₂的混合氣體 （物質的量之比均為1：3），分別加入溫度不同、容積相同的恒容密閉容器中，發生上述反應，反應相同時間后，測得甲醇的體積分數φ（CH₃OH） 與反應溫度T的關系曲線如圖3所示，則上述CO₂轉化為甲醇反應的△H₃

 

0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②在容積為1L的恒溫密閉容器中充入1mol CO₂和3mol H₂，進行上述反應．測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖1所示．若在上述平衡體系中再充0.5mol CO₂和1.5mol 水蒸氣（保持溫度不變），則此平衡將

 

移動（填“向正反應方向”、“不”或“逆反應方向”）
③直接甲醇燃料電池結構如圖2所示．其工作時負極電極反應式可表示為

 

．

Answer 1

考點：熱化學方程式,化學電源新型電池,化學平衡狀態的判斷,化學平衡的計算

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式；
（2）根據化學平衡狀態的特征：逆、定、動、變、等來判斷化學反應是否達到平衡；根據三行式以及化學平衡常數表達式計算化學平衡常數；
（3））①溫度對平衡移動方向的影響判斷反應的熱量變化；由圖可知最高點反應到達平衡，到達平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，升高溫度平衡向逆反應進行，據此判斷；
②依據化學平衡三段式列式計算平衡濃度，結合平衡常數概念計算平衡常數，再充入物質，結合濃度商計算和平衡常數比較分析判斷分析進行方向；
③圖示分析判斷，電解質溶液為酸性溶液，甲醇燃料在負極失電子發生氧化反應生成二氧化碳，結合電荷守恒書寫電極反應；

解答： 解：（1）2 I₂（s）+5O₂（g）=2 I₂O₅（s）；△H=-75.56kJ?mol^-1①，
2CO（g）+O₂（g）=2 CO₂（g）；△H=-566.0kJ?mol^-1②，
將方程式②×

5

2

-①×

1

2

得5CO（g）+I₂O₅（s）=5 CO₂（g）+I₂（s）；△H=（-566.0kJ?mol^-1）×

5

2

-（-75.56kJ?mol^-1）×

1

2

=-1377.22kJ/mol，
所以其熱化學反應方程式為：5CO（g）+I₂O₅（s）=5 CO₂（g）+I₂（s）；△H=-1377.22kJ/mol，
故答案為：5CO（g）+I₂O₅（s）=5 CO₂（g）+I₂（s）；△H=-1377.22kJ/mol；
（2）本反應是反應前后氣體分子數不變的反應，故體系的壓強保持不變，故a不能說明反應已達到平衡狀態；隨著反應的進行，NO₂的濃度減小，顏色變淺，故b可以說明反應已達平衡；SO₃和NO都是生成物，比例保持1：1，故c不能作為平衡狀態的判斷依據；d中所述的兩個速率都是逆反應速率，不能作為平衡狀態的判斷依據，故選b；          
                    NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
 起始物質的體積       1a       2a             0     0
轉化物質的體積         x        x              x     x
平衡物質的體積         1a-x     2a-x           x     x
則（1a-x）：（2a-x）=1：6，故x=

4

5

a，故平衡常數為=

x2

(1a-x)(2a-x)

=

8

3

．
故答案為：b，2.67或

8

3

；
（3））①由圖可知最高點反應到達平衡，達平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反應進行，升高溫度平衡吸熱方向進行，逆反應為吸熱反應，則正反應為放熱反應，即△H＜0，故答案為：＜；
②在容積為1L的恒溫密閉容器中充入1mol CO₂和3mol H₂，進行上述反應．測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖1所示，平衡濃度c（CO₂）=0.25mol/L，c（CH₃OH）=0.75mol/L，則
                CO₂ （g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L）  1         3          0        0
變化量（mol/L）  0.75     2.25       0.75      0.75
平衡量（mol/L） 0.25       0.75      0.75      0.75
平衡常數K=

0.75×0.75

0.25×0.753

=5.3
若在上述平衡體系中再充0.5mol CO₂和1.5mol 水蒸氣（保持溫度不變），濃度商Q=

0.75×(0.75+1.5)

(0.25+0.25)×0.753

=5.3=K，則平衡不移動；
故答案為：不；     
③直接甲醇燃料電池結構如圖2所示，圖示分析判斷，電解質溶液為酸性溶液，甲醇燃料在負極失電子發生氧化反應生成二氧化碳，結合電荷守恒書寫負極電極反應為：CH₃OH-6e^-+H₂O=6H⁺+CO₂；
故答案為：CH₃OH-6e^-+H₂O=6H⁺+CO₂；

點評：本題主要考查了熱化學方程式、反應速率、轉化率、化學平衡常數、化學平衡狀態的判斷、影響平衡移動的因素、原電池原理分析應用，考點較多，有一定的綜合性，掌握基礎是關鍵，中等難度．