Question

【題目】CO、SO2是大氣污染氣體，利用化學反應是治理污染的重要方法。

Ⅰ.甲醇可以補充和部分替代石油燃料，緩解能源緊張，利用CO可以合成甲醇：CO+2H2CH3OH(g)。一定條件下，在容積為VL的密閉容器中充入a mol CO與2a mol H2合成甲醇，平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖所示。

(1)下列能說明反應達到平衡狀態(tài)的是_______(填序號)。

①v逆(CO)=2v正(H2)

②c(CO)=c(CH3OH)

③混合氣體的平均相對分子質量不變

④單位時間內生成2n mol H2的同時生成n mol CH3OH

(2)該反應在A點的平衡常數(shù)K_________(用a和V表示)。

(3)寫出既能增大v(CO)又能提高CO轉化率的一項措施：________。

Ⅱ.某學習小組以SO2為原料，采用電化學方法制取硫酸。

(4)原電池原理：該小組設計的原理示意圖(如圖1所示)，寫出該電池正極的電極反應式_______。

(5)電解原理：該小組用Na2SO3溶液充分吸收SO2得到NaHSO3溶液，然后電解該溶液制得了硫酸(原理如圖2所示)。寫出開始電解時陽極的電極反應式_______。

Ⅲ.硫代硫酸鈉(Na2S2O3)俗稱大蘇打，有著廣泛的用途。用SO2可制Na2S2O3。某小組同學制備、預測并探究硫代硫酸鈉的性質(反應均在溶液中進行)。

	預測	實驗操作	實驗現(xiàn)象
探究1	Na2S2O3溶液呈堿性	把pH試紙放在玻璃片上，用玻璃棒蘸取溶液滴在試紙上	pH=8
探究2	Na2S2O3具有還原性	向新制氯水中滴加Na2S2O3溶液	黃綠色顏色變淺，甚至褪去

(6)分析SO2能制備Na2S2O3的理論依據(jù)是_________。

(7)用離子方程式表示Na2S2O3溶液具有堿性的原因_________。

(8)探究2反應的離子方程式為_________。

Answer 1

【答案】③④ 壓縮體積或增大壓強 O2+4e-+4H+=2H2O HSO3-+H2O-2e-=SO42-+3H+ 從氧化還原反應角度分析，SO2中S元素化合價為+4，Na2S2O3中S元素化合價為+2，S的化合價降低，加入合適的還原劑如S等就能實現(xiàn)轉化 S2O32-+H2OHS2O3-+OH- S2O32-+4Cl2+5H2O=2SO42-+10H++8Cl-

【解析】

(1)可逆反應到達平衡時，同種物質的正逆速率相等且保持不變，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化說明到達平衡；

(2)該反應的平衡常數(shù)K=，利用物質反應轉化關系將A點時各物質的平衡濃度代入表達式中可得；

(3)影響反應速率的因素有溫度、濃度、壓強和催化劑，影響平衡移動的因素有溫度、濃度和壓強，提高CO轉化率，應使平衡正向移動；

II.(4)依據(jù)原電池原理，負極是失電子發(fā)生氧化反應，二氧化硫失電子生成硫酸的過程；

(5)根據(jù)化合價變化判斷陽極反應物質，寫出陽極反應式；

III.(6)分析SO2和Na2S2O3中S元素化合價變化情況，結合氧化還原反應原理解答；

(7)Na2S2O3是強堿弱酸鹽，水解顯堿性；

(8)驗證Na2S2O3具有還原性，通過觀察新制氯水的變色情況驗證。

I．(1)①2v逆(CO)=v正(H2)說明反應達到平衡狀態(tài)，但v逆(CO)=2v正(H2)v說明反應逆向進行，①錯誤；

②c(CO)=c(CH3OH)時反應可能處于平衡狀態(tài)，也可能未處于平衡狀態(tài)，不能說明正、逆反應速率關系，不能據(jù)此判斷反應是否處于平衡狀態(tài)，②錯誤；

③該反應是氣體體積不相等的反應，所以混合氣體的平均相對分子質量不變，說明氣體的總物質的量不變，反應達到平衡狀態(tài)，③正確；

④單位時間內生成2n mol H2的同時生成n mol CH3OH，說明v逆(H2)=2v正(CH3OH)，說明反應達到平衡狀態(tài)，④正確；

故合理選項是③④；

(2)對于反應CO+2H2CH3OH(g)，反應開始時n(CO)=a mol，n(H2)=2a mol，A點達到平衡時CO轉化率為75%，則反應的CO的物質的量為a mol×75%=0.75a mol，反應的H2的物質的量是0.75a mol×2=1.5a mol，反應產生CH3OH的物質的量為0.75a mol，則平衡時各種氣體的物質的量為n(CO)=a mol-0.75a mol=0.25a mol，n(H2)=2a mol-1.5a mol=0.5a mol，n(CH3OH)=0.75amol，由于容器的容積為V L，所以在該條件下，反應的化學平衡常數(shù)K=；

(3)既能增大v(CO)又能提高CO轉化率，應使平衡正向移動，由于正反應放熱，則應采取壓縮容器的體積或增大壓強的方法；

II．(4)該原電池中，負極上SO2失電子被氧化生成硫酸，正極上O2得到電子被還原，與溶液中的H+結合生成H2O，所以正極上的電極反應式為O2+4e-+4H+=2H2O；

(5)電解池中陽極和電源正極相連，失去電子，發(fā)生氧化反應，電解NaHSO3溶液可制得硫酸，硫的化合價升高，所以陽極是HSO3-溶液失去電子被氧化生成SO42-，則陽極電極反應式是：HSO3-+H2O-2e-=SO42-+3H+；

III．(6)SO2→Na2S2O3中S元素化合價由+4→+2，化合價降低，根據(jù)氧化還原反應規(guī)律可知：加入還原性的物質如S或Na2S等，就能實現(xiàn)SO2→Na2S2O3的轉化；

(7)Na2S2O3是強堿弱酸鹽，S2O32-水解消耗水電離產生的H+，最終達到平衡時溶液中c(OH-)＞c(H+)，所以溶液顯堿性，H2S2O3是二元弱酸，所以S2O32-水解分步進行，但以第一步為主，水解的離子方程式為S2O32-+H2OHS2O3-+OH-；

(8)新制氯水的主要成分為Cl2，Cl2氧化S2O32-生成SO42-，Cl2得到電子被還原為Cl-，使氯水顏色變淺，甚至褪去，所以離子方程式為S2O32-+4Cl2+5H2O=2SO42-+10H++8Cl-。