Question

12．空氣中的污染物主要來源為燃煤、機動車尾氣等．因此，CO、SO₂、NO_x等進行研究具有重要意義．請回答下列問題：
（1）有人設想，用硫SO₂-碘循環(huán)分解水制氫，主要涉及下列反應：
ⅠSO₂+2H₂O+I₂=H₂SO₄+2HI
Ⅱ2HI（g）?H₂（g）+I₂（g）
Ⅲ2H₂SO₄ （l ）?2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）
①一定溫度下，向2L密閉容器中加入1molHI（g），發(fā)生反應Ⅱ，H₂物質(zhì)的量隨時間的變化如圖所示．
0-2min內(nèi)的平均反應速率v（HI）=0.05mol/（L•min），
相同溫度下，若向2L密閉容器中開始加入的HI（g）物質(zhì)的量是原來的2倍，則AB是原來的2倍．（填字母編號）
A．平衡時I₂的物質(zhì)的量        B．HI的平衡濃度
C．達到平衡的時間              D．平衡時H₂的體積分數(shù)
②反應Ⅲ平衡常數(shù)表達式為K=c²（SO₂）．c（O₂）．c²（H₂O），能說明該反應恒容下達到平衡的標志是BC（填字母）
A． 2v正（SO₂）=v逆（O₂）               B．密閉容器中總壓強不變
C．密閉容器中混合氣體的密度不變         D．密閉容器中氧氣的體積分數(shù)不變
③在CuCl₂熱溶液中通入SO₂氣體可制備CuCl沉淀，寫出該反應的離子方程式2Cu²⁺+2Cl^-+SO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuCl↓+4H⁺+SO₄^2-
（2）為減少CO、SO₂污染的排放，常采取的措施有：
①將煤轉(zhuǎn)化為清潔氣體燃料．
已知：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂═H₂O（g）△H=-241.8kJ•mol^-1
C（s）+$\frac{1}{2}$O₂═CO（g）△H=-110.5kJ•mol^-1
寫出焦炭與水蒸氣反應的熱化學方程式：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）；△H=+131.3kJ/mol．
②在含硫燃料中加入石灰石，燃煤生成的SO₂即可轉(zhuǎn)化為CaSO₄．化學方程式為2SO₂+2CaCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CaSO₄+2CO₂．
（3）汽車尾氣中NO_x和CO的生成及轉(zhuǎn)化
①燃油不完全燃燒時產(chǎn)生CO，有人設想按下列反應除去：2CO（g）=2C（s）+O₂（g）
已知該反應的△H＞0，簡述該設想不能實現(xiàn)的依據(jù)：該反應是焓增熵減的反應，所以在任何溫度下都不自發(fā)．
②已知汽缸中生成NO的反應為：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0
若1mol空氣含0.8molN₂和0.2molO₂，1300℃時在密閉容器內(nèi)反應達到平衡，測得NO為8×10^-4mol．計算該溫度下的平衡常數(shù)K=4×10^-6．
③目前，在汽車尾氣系統(tǒng)中裝置催化轉(zhuǎn)化器可減少CO和NO的污染，其化學反應方程式為2CO+2NO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂+N₂．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)圖知，達到平衡時n（H₂）=0.1mol，根據(jù)方程式知，消耗的n（HI）=2n（H₂）=2×0.1mol=0.2mol，v（HI）=$\frac{\frac{△n（HI）}{V}}{△t}$； 相同溫度下，若向2L密閉容器中開始加入的HI（g）物質(zhì)的量是原來的2倍，相當于增大壓強平衡不移動，則HI的轉(zhuǎn)化率不變；
②化學平衡常數(shù)等于生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比；可逆反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，反應體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不變；
③在加熱條件，氯化銅和二氧化硫發(fā)生氧化還原反應生成CuCl、硫酸；
（2）①i．H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂═H₂O（g）△H=-241.8kJ•mol^-1
ii．C（s）+$\frac{1}{2}$O₂═CO（g）△H=-110.5kJ•mol^-1
將方程式ii-i得C （s）+H₂O（g）═CO （g）+H₂ （g），焓變進行相應的改變；
②加熱條件下，二氧化硫、碳酸鈣和氧氣反應生成硫酸鈣和二氧化碳；
（3）①G=△H-T△S＜0時，反應才能自發(fā)進行；
②設容器體積為1L，
             N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）
開始（mol/L）0.8     0.2              0
反應（mol/L）4×10^-4 4×10^-4 8×10^-4
平衡（mol/L）0.8-4×10^-4 0.2-4×10^-48×10^-4
化學平衡常數(shù)K等于生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比；
③在催化劑條件下，CO和NO反應生成二氧化碳和氮氣．

解答 解：（1）①根據(jù)圖知，達到平衡時n（H₂）=0.1mol，根據(jù)方程式知，消耗的n（HI）=2n（H₂）=2×0.1mol=0.2mol，v（HI）=$\frac{\frac{△n（HI）}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{0.2}{2}}{2}$mol/（L．min）=0.05mol/（L．min）； 相同溫度下，若向2L密閉容器中開始加入的HI（g）物質(zhì)的量是原來的2倍，相當于增大壓強平衡不移動，則HI的轉(zhuǎn)化率不變，所以平衡時碘物質(zhì)的量、HI濃度都是原來的2倍，所用時間縮短、氫氣體積分數(shù)不變，
故答案為：0.05；AB；
②該反應平衡常數(shù)表達式為K=c²（SO₂）．c（O₂）．c²（H₂O），
A．當v正（SO₂）=2v逆（O₂） 時反應達到平衡狀態(tài)，所以 2v正（SO₂）=v逆（O₂）時反應沒有達到平衡狀態(tài)，故錯誤；              
B．反應前后氣體總物質(zhì)的量增大，所以反應前后壓強增大，當密閉容器中總壓強不變時，正逆反應速率不變，反應達到平衡狀態(tài)，故正確；
C．反應前后氣體質(zhì)量增大、容器體積不變，所以反應前后氣體密度增大，當密閉容器中混合氣體的密度不變時，正逆反應速率相等，反應達到平衡狀態(tài)，故正確；       
 D．無論反應是否達到平衡狀態(tài)，密閉容器中氧氣的體積分數(shù)始終不變，不能據(jù)此判斷平衡狀態(tài)，故錯誤；
故答案為：K=c²（SO₂）．c（O₂）．c²（H₂O）；BC；
③氯化銅和二氧化硫發(fā)生氧化還原反應生成CuCl和硫酸，離子方程式為2Cu²⁺+2Cl^-+SO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuCl↓+4H⁺+SO₄^2-，
故答案為：2Cu²⁺+2Cl^-+SO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuCl↓+4H⁺+SO₄^2-；
（2）①i．H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂═H₂O（g）△H=-241.8kJ•mol^-1
ii．C（s）+$\frac{1}{2}$O₂═CO（g）△H=-110.5kJ•mol^-1
將方程式ii-i得C （s）+H₂O（g）═CO （g）+H₂ （g），△H=（-110.5kJ•mol^-1）-（-241.8kJ•mol^-1
）=+131.3kJ/mol；
故答案為：C （s）+H₂O（g）═CO （g）+H₂ （g）；△H=+131.3kJ/mol；
②高溫條件下，二氧化硫和碳酸鈣、氧氣反應生成硫酸鈣和二氧化碳，反應方程式為2SO₂+2CaCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CaSO₄+2CO₂，
故答案為：2SO₂+2CaCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CaSO₄+2CO₂；
（3）①反應是焓增、熵減的反應，△G=△H-T△S＞0，所以任何溫度下都不自發(fā)，
故答案為：該反應是焓增熵減的反應，所以在任何溫度下都不自發(fā)；
②設容器體積為1L，
             N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）
開始（mol/L）0.8     0.2              0
反應（mol/L）4×10^-4 4×10^-4 8×10^-4
平衡（mol/L）0.8-4×10^-4 0.2-4×10^-48×10^-4
K=$\frac{（8×1{0}^{-4}）^{2}}{（0.8-4×1{0}^{-4}）．（0.2-4×1{0}^{-4}）}$=4×10^-6，
故答案為：4×10^-6；
③在催化劑條件下，CO和NO反應生成二氧化碳和氮氣，反應方程式為2CO+2NO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂+N₂，
故答案為：2CO+2NO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂+N₂．

點評 本題考查化學平衡計算、蓋斯定律等知識點，側(cè)重考查學生分析計算能力，注意：反應前后氣體計量數(shù)之和不變的可逆反應中增大壓強平衡不移動，反應物轉(zhuǎn)化率不變．