Question

4．運用化學反應原理研究碳、氮、硫等單質及其化合物的反應有重要意義；
（l）甲醇是重要的可再生燃料．已知在常溫常壓下：
2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
H₂O（g）═H₂O（l））△H=-44.0kJ/mol
則甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式為CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ•mol^-1．
（2）利用催化氧化反應將轉化為是工業上生產硫酸的關鍵步驟．
①一定條件下，將SO₂與O₂以體積比2：1置于一體積不變的密閉容器中發生上述反
應，能說明該反應已達到平衡狀態的是cd．
a．體系的密度不發生變
b．體系中硫元素的質量百分含量不再變化
c．SO₂與SO₃的體積比保持不變
d 容器內的氣體分子總數不再變化
e．單位時問內轉移4mol電子，同時消耗2molSO₃
②T℃時，在1L密閉容器中充入0.6molSO₃，如圖1表示SO₃物質的量隨時間的變化曲線．
達到平衡時，用SO₂ 表示的化學反應速率為0.05mol•L^-1•min^-1； SO₃的轉化率為66.7%（保留小數點后-位）：

T℃時，反應2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）的平衡常數為1.25；T℃時，其他條件不變，在8min時壓縮容器體積至0.5L，則n（ SO₃）的變化曲線為c（填字母）．
（3）有人設想以N₂和H₂為反應物，以溶有A物質的稀鹽酸為電解質溶液，可制造出既能提供電能，又能固氮的新型燃料電池，裝置如圖2所示．電池正極的電極反應式是N₂+8H⁺+6e^-=2NH₄⁺電解質溶液的pH增大（填寫增大、減小、不變），A．物質是NH₄Cl（寫化學式）．

Answer 1

分析 （1）根據蓋斯定律，將已知反應$\frac{①-②+③×4}{2}$得到CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）的熱化學方程式；
（2）①反應達到平衡狀態時，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，以此判斷；
②在容積為1L密閉容器中充入0.6molSO₃，由圖1平衡時SO₃物質的量為0.2mol，
             2SO₂ +O₂ ?2SO₃，
起始量（mol）  0    0      0.6
變化量（mol） 0.4   0.2    0.4
平衡量（mol） 0.4   0.2    0.2
轉化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；根據K=$\frac{c（S{O}_{3}）^{2}}{c（S{O}_{2}）^{2}c（{O}_{2}）}$計算；其他條件不變，在8min時壓縮容器體積至0.5L，平衡向正反應方向移動，n（SO₃）變大；
（3）電池中氫氣失電子，在負極發生氧化反應，氮氣得電子在正極發生還原反應，氨氣與HCl反應生成氯化銨，則電解質溶液為氯化銨．

解答 解：（1）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
將$\frac{①-②+③×4}{2}$得到CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=[（-1275.6kJ/mol）-（-566.0kJ/mol）+（-44.0kJ/mol）×4]÷2=442.8kJ•mol^-1，
即CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ•mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ•mol^-1；
（2）①a．氣體質量不變，體系的密度不發生變化，不能說明反應達到平衡狀態，故a錯誤；
b．氣體質量不變，S元素質量不變，體系中硫元素的質量百分含量不再變化，不能說明反應達到平衡狀態，故b錯誤；
c．SO₂與SO₃的體積比保持不變，可說明反應達到平衡狀態，故c正確；
d 容器內的氣體分子總數不再變化，說明各物質的濃度不變，說明反應達到平衡狀態，故d正確；
e．任何狀態下，單位時間內轉移4mol 電子，同時消耗2mol SO₃，不能說明反應達到平衡狀態，故e錯誤．
故答案為：cd；
②在容積為1L密閉容器中充入0.6molSO₃，由圖1平衡時SO₃物質的量為0.2mol，
              2SO₂+O₂ ?2SO₃，
起始量（mol）  0    0     0.6
變化量（mol） 0.4   0.2    0.4
平衡量（mol） 0.4   0.2    0.2
SO₂ 表示的化學反應速率為$\frac{\frac{0.4mol}{1L}}{8min}$=0.05mol•L^-1•min^-1，
SO₃的轉化率為=$\frac{0.4}{0.6}$×100%≈66.7%；
K=$\frac{c（S{O}_{3}）^{2}}{c（S{O}_{2}）^{2}c（{O}_{2}）}$=$\frac{0．{2}^{2}}{0．{4}^{2}×0.2}$=1.25；
其他條件不變，在8min時壓縮容器體積至0.5L，平衡向正反應方向移動，n（SO₃）變大，即為圖象c，
故答案為：0.05mol•L^-1•min^-1；66.7%；1.25； c；
（3）該電池的本質反應是合成氨反應，電池中氫氣失電子，在負極發生氧化反應，氮氣得電子在正極發生還原反應，則正極反應式為N₂+8H⁺+6e^-=2NH₄⁺，消耗氫離子，所以電解質溶液的PH增大，氨氣與HCl反應生成氯化銨，則電解質溶液為氯化銨溶液，
故答案為：N₂+8H⁺+6e^-=2NH₄⁺；增大；NH₄Cl．

點評 本題考查較為綜合，為高考常見題型，側重于化學平衡的有關知識、電化學的有關知識的考查，注意外界條件對化學平衡的影響以及有關化學計算，試題較靈活，綜合性強，難度較大．