Question

實施以減少能源浪費和降低廢氣排放為基本內容的節能減排政策，是應對全球氣候問題、建設資源節約型、環境友好型社會的必然選擇．化工行業的發展必須符合國家節能減排的總體要求，依靠理論知識做基礎．試運用所學知識，解決下列問題：

（1）已知某反應的平衡表達式為：K=

c(H2)?c(CO)

c(H2O)

，它所對應的化學反應為：

 

．
（2）利用水煤氣合成二甲醚的三步反應如下：
①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）；△H=-90.8kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）；△H=-23.5kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）；△H=-41.3kJ?mol^-1
總反應：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的△H=

 

；二甲醚（CH₃OCH₃）直接作燃料電池具有啟動快，效率高等優點，若電解質為酸性，該電池的負極反應為

 

．
（3）煤化工通常通過研究不同溫度下平衡常數以解決各種實際問題．已知等體積的一氧化碳和水蒸氣進入反應器時，會發生如下反應：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），該反應平衡常數隨溫度的變化如下表所示：

溫度/℃	400	500	800
平衡常數K	9.94	9	1

該反應的正反應方向是

 

反應（填“吸熱”或“放熱”），若在500℃時進行，設起始時CO和H₂O的起始濃度均為0.020mol/L，在該條件下，CO的平衡轉化率為：

 

．
（4）從氨催化氧化可以制硝酸，此過程中涉及氮氧化物，如NO、NO₂、N₂O₄等．對反應N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H＞0，在溫度為T₁、T₂時，平衡體系中NO₂的體積分數隨壓強變化曲線如圖甲所示．下列說法正確的是

 

．
A．A、C兩點的反應速率：A＞C
B．A、C兩點氣體的顏色：A深，C淺
C．B、C兩點的氣體的平均相對分子質量：B＜C
D．由狀態B到狀態A，可以用加熱的方法
E．A、C兩點的化學平衡常數：A＞C
（5）NO₂可用氨水吸收生成NH₄NO₃，25℃時，將m mol NH₄NO₃溶于水，溶液顯酸性，向該溶液滴加n L氨水后溶液呈中性，則滴加氨水的過程中水的電離平衡將

 

（填”正向”“不”或“逆向”）移動，所滴加氨水的濃度為

 

mol?L^-1．（NH₃H₂O的電離平衡常數取K_b=2×10^-5mol?L^-1）
（6）某科研單位利用原電池原理，用SO₂和O₂來制備硫酸，裝置如圖乙所示，電極為多孔的材料能吸附氣體，同時也能使氣體與電解質溶液充分接觸．
①溶液中H⁺的移動方向由

 

 極到

 

極；（用A、B表示）
②B電極的電極反應式為

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的影響因素,熱化學方程式,化學電源新型電池,弱電解質在水溶液中的電離平衡

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據平衡常數的定義判斷反應的方程式；
（2）根據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式；依據燃料電池在酸性溶液中反應原理，燃料做負極失電子生成二氧化碳，結合電荷守恒書寫電極反應；
（3）溫度升高K值減小，所以正反應為放熱反應；令CO的濃度變化為c，用三段式表示出各物質變化的濃度、平衡時的濃度，再根據平衡常數計算；
（4）從平衡移動的角度分析各物理量的變化；
（5）依據銨根離子水解分析回答；依據同粒子效應，一水合氨對銨根離子水解起到抑制作用；依據一水合氨的電離平衡常數計算得到氨水濃度；
（6）本題為SO₂與O₂反應生成SO₃，SO₃再與水化合生成硫酸，根據硫酸的出口判斷正負極，負極發生氧化反應，正極發生還原反應，原電池放電時，電解質溶液中陽離子向正極移動．

解答： 解：（1）平衡常數為生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積，平衡常數中，分子為生成物，分母為反應物，再結合質量守恒定律，所以該反應的方程式為C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），故答案為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）；
（2）①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）；△H=-90.8kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）；△H=-23.5kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）；△H=-41.3kJ?mol^-1
依據蓋斯定律計算①×2+②+③得到總反應的熱化學方程式：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.4KJ/mol；
二甲醚（CH₃OCH₃）直接作燃料電池具有啟動快，效率高等優點，若電解質為酸性，該電池的負極反應為二甲醚失電子生成二氧化碳，電極反應為：CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺；
故答案為：-246.4KJ/mol；CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺；
（3）溫度升高K值減小，所以正反應為放熱反應，
對于反應      CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
開始（mol/L）：0.02   0.02      0       0
變化（mol/L）：c      c         c       c
平衡（mol/L）：0.02-c  0.02-c    c      c
所以

c×c

(0.02-c)(0.02-c)

=9，解得c=0.015，
所以CO的轉化率為

0.015mol/L

0.02mol/L

×100%=75%，
故答案為：放熱；75%；
（4）對反應N₂O₄（g）?2NO₂（g），在溫度為T₁、T₂時，平衡體系中NO₂的體積分數隨壓強變化曲線如圖2所示．則
A．A點壓強小于C點的壓強，壓強越大，反應速率越大，則反應速率：A＜C，故A錯誤；
B．增大壓強，平衡向正反應移動，但濃度的增大幅度大于轉化的程度，所以C點濃度大，顏色深，故B錯誤；
C．B、C兩點二氧化氮的體積分數相同，則混合氣體的平均相對分子質量相同，故C錯誤；
D．在相同壓強下，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，則二氧化氮的體積分數增大，所以由狀態B到狀態A，可以用加熱的方法，故D正確；
E．A、C兩點的化學平衡常數，溫度相同，平衡常數相等，故E錯誤；
故答案為：D；
（5）NO₂可用氨水吸收生成NH₄NO₃．25℃時，將a mol NH₄NO₃溶于水，溶液顯酸性，是因為銨根離子水解；反應的離子方程式為：NH₄⁺+H₂O?NH₃?H₂O+H⁺；加入氨水溶液抑制銨根離子水解，平衡逆向進行；將a mol NH₄NO₃溶于水，向該溶液滴加b L 氨水后溶液呈中性，依據電荷守恒計算可知，溶液中氫氧根離子濃度=10^-7mol/L，c（NH₄⁺）=c（NO₃^-）；NH₃?H₂O的電離平衡常數取K_b=2×10^-5 mol?L^-1，設混合后溶液體積為1L，（NH₄⁺）=c（NO₃^-）=amol/L；根據一水合氨電離平衡得到：NH₃?H₂O?NH₄⁺+OH^-，平衡常數K=

c(NH4+)c(OH-)

c(NH3?H2O)

=

amol/L×10-7mol/L

bL×c(NH3?H2O)mol/L

=2×10^-5 mol?L^-1，計算得到c（NH₃?H₂O）=

a

200b

mol/L，
故答案為：逆向；

a

200b

；
（6）該原電池中，負極上失電子被氧化，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生成硫酸根離子和氫離子，正極上投放的氣體是氧氣，正極上氧氣得電子和氫離子反應生成水，根據硫酸和水的出口方向知，B極是負極，A極是正極，所以B極上的電極反應式為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，原電池放電時，氫離子由負極B移向正極A，所以其電池反應式為：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，
故答案為：B；A；SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺．

點評：本題考查化學平衡常數、平衡移動相關計算、原電池原理應用、鹽類水解判斷、弱電解質電離平衡分析應用等，題目較為綜合，涉及多方面的知識，難度中等，本題中注意把握圖象分析方法、原電池電極反應的書寫應用．