Question

實施以減少能源浪費和降低廢氣排放為基本內(nèi)容的節(jié)能減排政策，是應(yīng)對全球氣候問題、建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的必然選擇．化工行業(yè)的發(fā)展必須符合國家節(jié)能減排的總體要求．試運用所學(xué)知識，解決下列問題：
（1）已知某反應(yīng)的平衡表達式為：K=

c(H2)?c(CO)

c(H2O)

它所對應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)為：

 

．
（2）利用水煤氣合成二甲醚的三步反應(yīng)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(yīng)：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的△H=

 

．
（3）煤化工通常通過研究不同溫度下平衡常數(shù)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(yīng)器時，會發(fā)生如下反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），該反應(yīng)平衡常數(shù)隨溫度的變化如下表所示：

溫度/℃	400	500	800
平衡常數(shù)K	9.94	9	1

該反應(yīng)的正反應(yīng)方向是

 

反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”），若在500℃時進行，設(shè)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(zhuǎn)化率為：

 

．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(yīng)N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H＞0，在溫度為T₁、T₂時，平衡體系中NO₂的體積分數(shù)隨壓強變化曲線如圖1所示．下列說法正確的是

 

．
A．A、C兩點的反應(yīng)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(zhì)量：B＜C
D．由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可以用加熱的方法
E．A、C兩點的化學(xué)平衡常數(shù)：A＞C
（5）0.2mol/L的NaOH與0.4mol/L的硝酸銨溶液等體積混合后，溶液中各離子的物質(zhì)的量濃度從大到小的順序是

 

．
（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2，電極為多孔的材料能吸附氣體，同時也能使氣體與電解質(zhì)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(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線,熱化學(xué)方程式,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)平衡常數(shù)的定義判斷反應(yīng)的方程式；
（2）根據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學(xué)方程式；
（3）溫度升高K值減小，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；令CO的濃度變化為c，用三段式表示出各物質(zhì)變化的濃度、平衡時的濃度，再根據(jù)平衡常數(shù)計算；
（4）從平衡移動的角度分析各物理量的變化；
（5）首先讓兩者反應(yīng)生成的物質(zhì)考慮電離和水解，最終確定離子濃度的大小；
（6）本題為SO₂與O₂反應(yīng)生成SO₃，SO₃再與水化合生成硫酸，根據(jù)硫酸的出口判斷正負極，負極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，原電池放電時，電解質(zhì)溶液中陽離子向正極移動．

解答： 解：（1）平衡常數(shù)為生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積，平衡常數(shù)中，分子為生成物，分母為反應(yīng)物，再結(jié)合質(zhì)量守恒定律，所以該反應(yīng)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(jù)蓋斯定律計算①×2+②+③得到總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.4KJ/mol；
故答案為：-246.4KJ/mol；
（3）溫度升高K值減小，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
對于反應(yīng) 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(zhuǎn)化率為

0.015mol/L

0.02mol/L

×100%=75%，
故答案為：放熱；75%；
（4）對反應(yīng)N₂O₄（g）?2NO₂（g），在溫度為T₁、T₂時，平衡體系中NO₂的體積分數(shù)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(yīng)速率越大，則反應(yīng)速率：A＜C，故A錯誤；
B．增大壓強，平衡向正反應(yīng)移動，但濃度的增大幅度大于轉(zhuǎn)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(shù)相同，則混合氣體的平均相對分子質(zhì)量相同，故C錯誤；
D．在相同壓強下，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，則二氧化氮的體積分數(shù)增大，所以由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可以用加熱的方法，故D正確；
E．A、C兩點的化學(xué)平衡常數(shù)，溫度相同，平衡常數(shù)相等，故E錯誤；
故答案為：D；
（5）0.2mol/L的NaOH與0.4mol/L的硝酸銨溶液等體積混合后，得到等濃度的一水合氨、硝酸鈉和硝酸銨的混合溶液，以一水合銨的電離為主，溶液呈堿性，所以c（NO₃^-）＞c（NH₄⁺）＞c（Na⁺）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
故答案為：c（NO₃^-）＞c（NH₄⁺）＞c（Na⁺）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（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(yīng)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(yīng)生成水，根據(jù)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(yīng)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(yīng)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(xué)平衡常數(shù)、平衡移動相關(guān)計算、原電池原理應(yīng)用、鹽類水解判斷等，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(yīng)的書寫應(yīng)用．