Question

6．燃煤能排放大量的CO、CO₂、SO₂，PM2.5（可入肺顆粒物）污染也跟冬季燃煤密切相關．SO₂、CO、CO₂也是對環境影響較大的氣體，對它們的合理控制、利用是優化我們生存環境的有效途徑．
（1）如圖所示，利用電化學原理將SO₂ 轉化為重要化工原料C若A為SO₂，B為O₂，則負極的電極反應式為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
（2）有一種用CO₂生產甲醇燃料的方法：CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O
已知：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ•mol^-1；
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-b kJ•mol^-1；
H₂O（g）=H₂O（l）△H=-c kJ•mol^-1；
CH₃OH（g）=CH₃OH（l）△H=-d kJ•mol^-1，
則表示CH₃OH（l）燃燒熱的熱化學方程式為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-（$\frac{3}{2}$c+2d-a-b）kJ•mol^-1；
（3）將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中，進行反應CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下三組數據：

實驗組	溫度℃	起始量/mol		平衡量/mol		達到平衡所需 時間/min
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

①該反應的△H＜0（填“＞”或“＜”），實驗2條件下平衡常數K=0.17．
②實驗3中，若平衡時，CO的轉化率大于水蒸氣，則$\frac{a}{b}$的值0＜$\frac{a}{b}$＜1（填具體值或取值范圍）．
③實驗4，若900℃時，在此容器中加入CO、H₂O、CO₂、H₂均為1mol，則此時V_正＜V_逆（填“＜”，“＞”，“=”）．
④判斷該反應達到平衡的依據是AC．
A．CO₂減少的化學反應速率和CO減少的化學反應速率相等
B．容器內氣體壓強保持不變
C．CO、H₂O、CO₂、H₂的濃度都不再發生變化
D．容器中氣體的平均相對分子質量不隨時間而變化．

Answer 1

分析 （1）SO₂在負極失去電子轉化為SO₄^2-，根據電極反應式的書寫方法來回答；
（2）應用蓋斯定律解題，始終抓住目標反應和已知反應之間的關系應用數學知識來解；
（3）①第二組溫度比第一組高，反應物物質的量比第一組減半，但是平衡時CO₂的物質的量比第一組的一半少，表明該反應為放熱反應；利用三段式計算平衡時，各組分的物質的量，該反應是氣體體積不變的反應，故利用物質的量代替濃度代入平衡常數表達式計算平衡常數；
②在反應中當反應物的物質的量之比等于化學計量數之比時，各反應物的轉化率相等，某一種反應物越多，其轉化率越低，而另一種反應物的轉化率則越高，據此答題；
③根據濃度商Qc與平衡常數K的大小，判斷反應進行的方向，進而確定正逆反應的速率；
④當化學反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，各物質的濃度不再發生變化，根據密度和平均相對分子質量的公式進行分析解答該題．

解答 解：（1）SO₂在負極失去電子轉化為SO₄^2-，故其電極反應為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
（2）應用蓋斯定律解題，△H=-△H₁-△H₂+$\frac{3}{2}$△H₃+2△H₄=-（$\frac{3}{2}$c+2d-a-b）kJ•mol^-1，所以CH₃OH（l）燃燒熱的熱化學方程式為CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-（$\frac{3}{2}$c+2d-a-b）kJ•mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-（$\frac{3}{2}$c+2d-a-b）kJ•mol^-1；
（3）①實驗1中CO的轉化率為×100%=40%，實驗2中CO的轉化率為×100%=20%，則實驗1的轉化率大于實驗2，則說明溫度升高平衡向逆反應方向移動，正反應放熱，
平衡時CO的物質的量為1.6mol，則：
         CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
開始（mol）：2   1        0              0
變化（mol）：0.4  0.4    0.4           0.4
平衡（mol）：1.6  0.6     0.4       0.4
該反應前后氣體體積不變，故利用物質的量代替濃度計算平衡常數，故900℃時該反應平衡常數k=$\frac{0.4×0.4}{1.6×0.6}$=0.17，
故答案為：＜；0.17；
②在反應中當反應物的物質的量之比等于化學計量數之比時，各反應物的轉化率相等，某一種反應物越多，其轉化率越低，而另一種反應物的轉化率則越高，所以要使CO的轉化率大于水蒸氣，則0＜$\frac{a}{b}$＜1，故答案為：0＜$\frac{a}{b}$＜1；
③900℃時，在此容器中加入CO、H₂O、CO₂、H₂均為1mol時，濃度商Qc=1＞0.17=K，所以此時平衡要逆向移動，故V_正＜V_逆，故答案為：＜；
④A．CO₂減少的化學反應速率和CO減少的化學反應速率相等，證明正逆反應速率相等，達到了平衡，故正確；
B．反應前后氣體系數和相等，容器內氣體壓強始終保持不變，所以壓強不變的狀態不一定平衡，故錯誤；
C．CO、H₂O、CO₂、H₂的濃度都不再發生變化，是化學平衡狀態的特征，故正確；
D．容器中氣體的平均相對分子質量等于質量和物質的量的比值，質量和物質的量都不變化，所以容器中氣體的平均相對分子質量始終不隨時間而變化，此時的狀態不一定是平衡狀態，故錯誤．
故選AC．

點評 本題考查熱反應方程式、化學平衡計算、化學平衡影響因素、化學平衡常數計算等，側重考查學生對圖象與數據的分析及計算能力，注意對知識的理解與掌握，難度中等．