Question

【題目】一氧化碳和二氧化硫是用途廣泛的化工基礎(chǔ)原料。

（1）已知：C(s)＋O2(g)＝CO2(g) △H1＝– 393.5 kJ·mol – 1

C(s)＋CO2(g)＝2CO(g) △H2＝＋172.5 kJ·mol – 1

S(s)＋O2(g)＝SO2(g) △H3＝– 296.0 kJ·mol – 1

已知某反應(yīng)的平衡常數(shù)，據(jù)以上信息，請(qǐng)寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)反應(yīng)方程式： 。

（2）工業(yè)上用一氧化碳制取氫氣的反應(yīng)為：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)，已知420℃時(shí)，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為9.0。如果反應(yīng)開始時(shí)，在2 L的密閉容器中充入CO和H2O的物質(zhì)的量都是0.60 mol，5 min末達(dá)到平衡，則此時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為 ，H2的化學(xué)反應(yīng)速率為 。

（3）工業(yè)利用反應(yīng)2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)制硫酸，一定條件下，將1molSO2與2molO2置于恒容密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，下列能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是

a．體系壓強(qiáng)保持不變

b．混合氣體密度保持不變

c．SO2和O2的物質(zhì)的量之比保持不變

d．每消耗1 mol SO3的同時(shí)，生成0.5 mol O2

（4）下圖中A裝置為熔融鹽燃料電池的工作原理示意圖。某課外活動(dòng)小組用下圖所示裝置通過電解生成Fe(OH)3進(jìn)行水的凈化。

①已知該燃料電池負(fù)極的電極反應(yīng)是CH4＋4CO32-－8e- = 5CO2＋2H2O。

則正極的電極反應(yīng)式是 。

電解池B陽極的電極反應(yīng)式為 。

②實(shí)驗(yàn)過程中，若在陰極產(chǎn)生了22.4 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體，則熔融鹽燃料電池消耗CH4 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。

Answer 1

【答案】（1）SO2(g)＋2CO(g) 2CO2(g)＋S(s) △H＝－270kJ·mol-1；

（2）75%，0.045mol·L-1·min-1 ；（3）a、c；

（4）① O2＋2CO2＋4e—=2CO32-，F(xiàn)e－2e－=Fe2＋；② 5.6。

【解析】

試題分析：（1）根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)，寫出反應(yīng)方程式：

SO2(g)＋2CO(g) 2CO2(g)＋S(s)，①

C(s)＋O2(g)＝CO2(g)，②C(s)＋CO2(g)＝2CO(g)，

③S(s)＋O2(g)＝SO2(g)，①－②－③，

得出：SO2(g)＋2CO(g) 2CO2(g)＋S(s)

△H=△H1－△H2－△H3=－270kJ·mol－1；

（2）CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)

起始：0.6 0.6 0 0

變化：x x x x

平衡：0.6－x 0.6－x x x

根據(jù)平衡常數(shù)的定義：x2/(0.6－x)2=9，解得，x=0.45，CO的轉(zhuǎn)化率為0.45/0.6×100%=75%，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的定義，v(H2)=0.45/(2×5)mol/(L·min)=0.045 mol/(L·min)；（3）a、反應(yīng)前后氣體系數(shù)之和不相等，壓強(qiáng)不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故正確；b、根據(jù)密度的定義，組分都是氣體，則氣體質(zhì)量不變，條件是恒容，因此體積不變，密度不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故錯(cuò)誤；c、當(dāng)物質(zhì)的量之比不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故正確；d、用不同物質(zhì)表示達(dá)到平衡，要求反應(yīng)方向一正一逆，消耗SO3，生成O2，反應(yīng)方向都向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，故錯(cuò)誤；（4）①裝置A為燃料電池，總電極反應(yīng)式為CH4＋2O2→CO2＋2H2O，總電極反應(yīng)式減去負(fù)極反應(yīng)式，正極反應(yīng)式為： O2＋2CO2＋4e－=2CO32－，通甲烷的電極為負(fù)極，通空氣一極為正極，Al跟電源的正極相連，則Al為陰極，鐵為陽極，根據(jù)電解原理，電極反應(yīng)式為Fe－2e－=Fe2＋；②陰極反應(yīng)式為2H＋＋2e－=H2↑，根據(jù)電子守恒，因此有CH4－8e－～4H2，V(H2)=V(CH4)/4=5.6L。