Question

19．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生上述反應，下列能說明反應達到平衡狀態的有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
測得上述反應平衡時NO₂與SO₂體積比為1：3，則平衡常數K=$\frac{1}{3}$（用分數表示）
（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所示．得知該反應的△H＜0，該反應的實際生產條件控制
在250℃、1.3×10⁴kPa左右最為適宜．反應達平衡后，下列操作既能加快反應速率，又能使平衡混合物中CH₃OH物質的量分數增大的是de
a． 升溫                    b．恒容條件下充入H₂
c．加入合適的正催化劑        d．恒容條件下再充入1molCO，2mol H₂
e．壓縮體積              　 f．移走一部分CH₃OH
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，計算平衡時各物質的濃度，可K=$\frac{c（S{O}_{3}）c（NO）}{c（N{O}_{2}）c（S{O}_{2}）}$計算平衡常數；
（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，既能加快反應速率，又能使平衡混合物中CH₃OH物質的量分數增大，依據影響化學反應速率的因素分析，反應正向進行，
CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g），反應是氣體體積減小的放熱反應，
a． 反應是放熱反應，升溫速率增大，平衡逆向進行；                 
b．恒容條件下充入H₂ ，增大反應物濃度平衡正向進行，反應速率增大；
c．催化劑改變反應速率不改變化學平衡；      
d．恒容條件下再充入1molCO，2mol H₂ ，相當于增大壓強平衡正向進行；
e．壓縮體積壓強增大反應速率增大平衡正向進行；              　 
f．移走一部分CH₃OH平衡正向進行，反應速率減小；
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，據此解答即可；

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
將方程式（②-①×2）×$\frac{1}{2}$得：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H=-41.8kJ/mol，
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，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，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比，所以SO₃和NO的體積比保持不變，不能說明到達平衡狀態，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；
一定條件下，將NO₂與SO₂以體積比1：2設為a和2a，消耗二氧化氮為x，
             NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
起始物質的體積 a      2a       0       0
轉化物質的體積 x      x        x        x
平衡物質的體積 a-x   2a-x      x        x
平衡時NO₂與SO₂體積比為1：3，即（a-x）：（2a-x）=1：3，
故x=0.5a，故平衡常數K=$\frac{c（S{O}_{3}）c（NO）}{c（N{O}_{2}）c（S{O}_{2}）}$=$\frac{0.5a×0.5a}{（a-x）（2a-x）}$=$\frac{0.5a×0.5a}{0.5a×1.5a}$=$\frac{1}{3}$，
故答案為：-41.8；b；$\frac{1}{3}$；
（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，既能加快反應速率，又能使平衡混合物中CH₃OH物質的量分數增大，依據影響化學反應速率的因素分析，反應正向進行，
CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g），反應是氣體體積減小的放熱反應，
a． 反應是放熱反應，升溫反應速率增大，但平衡逆向進行，故a錯誤；                 
b．恒容條件下充入H₂ ，增大反應物濃度平衡正向進行，反應速率增大，CH₃OH物質的量分數減小，故b錯誤；
c．催化劑改變反應速率不改變化學平衡，反應速率增大，但平衡不變，故c錯誤；      
d．恒容條件下再充入1molCO，2mol H₂ ，相當于增大壓強平衡正向進行，CH₃OH物質的量分數增大，故d正確；
e．壓縮體積壓強增大反應速率增大平衡正向進行，CH₃OH物質的量分數增大，故e正確；              　 
f．移走一部分CH₃OH平衡正向進行，濃度減小反應速率減小，故f錯誤，
故de正確，
故答案為：＜；250℃，d e；
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 本題考查了熱化學方程式書寫，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，化學平衡常數的計算等知識，題目難度中等．