Question

【題目】實(shí)施以減少能源浪費(fèi)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(duì)全球氣候問題、建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的必然選擇。化工行業(yè)的發(fā)展必須符合國(guó)家節(jié)能減排的總體要求，依靠理論知識(shí)做基礎(chǔ)。試運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，解決下列問題：

(1)已知某反應(yīng)的平衡表達(dá)式為：K=，它所對(duì)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=-90.8 kJ/mol

②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H=-23.5 kJ/mol

③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H=-41.3 kJ/mol

總反應(yīng)：3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g) 的△H =____________；二甲醚(CH3OCH3)直接作燃料電池具有啟動(dòng)快，效率高等優(yōu)點(diǎn)，若電解質(zhì)為酸性，該電池的負(fù)極反應(yīng)為________________。

(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(shí)際問題．已知等體積的一氧化碳和水蒸氣進(jìn)入反應(yīng)器時(shí)，會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(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(shí)進(jìn)行，設(shè)起始時(shí)CO和H2O的起始濃度均為 0.020 mol/L，在該條件下，CO的平衡轉(zhuǎn)化率為：________________。

(4)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(duì)反應(yīng)N2O4(g)2NO2(g) △H >0，在溫度為 T1、T2 時(shí)，平衡體系中 NO2的體積分?jǐn)?shù)隨壓強(qiáng)變化曲線如圖甲所示．下列說法正確的是________________。

A. A、C 兩點(diǎn)的反應(yīng)速率：A>C

B. A、C 兩點(diǎn)氣體的顏色：A 深，C淺

C. B、C兩點(diǎn)的氣體的平均相對(duì)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(diǎn)的化學(xué)平衡常數(shù)：A>C

(5)NO2可用氨水吸收生成NH4NO3，25℃時(shí)，將m mol NH4NO3溶于水，溶液顯酸性，向該溶液滴加 n L 氨水后溶液呈中性，則滴加氨水的過程中水的電離平衡將________（填“正向”“不”或“逆向”）移動(dòng)，所滴加氨水的濃度為________mol/L(NH3·H2O的電離平衡常數(shù)取Kb=2×10﹣5 mol/L)。

(6)某科研單位利用原電池原理，用SO2和O2來制備硫酸，裝置如圖乙所示，電極為多孔的材料能吸附氣體，同時(shí)也能使氣體與電解質(zhì)溶液充分接觸。

①溶液中H+的移動(dòng)方向由________極到________極；(用 A、B 表示)

②B電極的電極反應(yīng)式為____________。

Answer 1

【答案】C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ﹣246.4 kJ/mol CH3OCH3-12e﹣+3H2O=2CO2+12H+ 放熱 75% D 逆向 B A SO2-2e-+2H2O═SO42-+4H+

【解析】

(1)根據(jù)質(zhì)量守恒定律，結(jié)合可逆反應(yīng)平衡常數(shù)的含義及表達(dá)式書寫反應(yīng)方程式；

(2)根據(jù)蓋斯定律，將已知的熱化學(xué)方程式疊加，就得到相應(yīng)的反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；CH3OCH3在負(fù)極失去電子，被氧化變?yōu)?/span>CO2、H2O，據(jù)此書寫電極反應(yīng)式；

(3)根據(jù)溫度對(duì)化學(xué)平衡常數(shù)的影響判斷反應(yīng)的熱效應(yīng)；利用500℃時(shí)K=9，利用物質(zhì)的起始濃度及反應(yīng)轉(zhuǎn)化關(guān)系計(jì)算CO的平衡轉(zhuǎn)化率；

(4)根據(jù)外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)平衡移動(dòng)的影響分析判斷；

(5)依據(jù)銨根離子水解分析回答；依據(jù)同粒子效應(yīng)，一水合氨對(duì)銨根離子水解起到抑制作用；依據(jù)一水合氨的電離平衡常數(shù)計(jì)算得到氨水濃度；

(6)SO2與O2反應(yīng)生成SO3，SO3再與水化合生成硫酸，根據(jù)硫酸的出口判斷原電池的正負(fù)極，負(fù)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(shí)，電解質(zhì)溶液中陽離子向正極移動(dòng)。

(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，在平衡常數(shù)表達(dá)式中，分子為生成物，分母為反應(yīng)物，固體或純液體物質(zhì)不能寫入表達(dá)式中，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)；

(2)①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)△H=-90.8 kJ/mol

②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=-23.5 kJ/mol

③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H=-41.3 kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律，將①×2+②+③，整理可得總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)的△H =﹣246.4 kJ/mol；

二甲醚(CH3OCH3)直接作燃料電池具有啟動(dòng)快，效率高等優(yōu)點(diǎn)，若電解質(zhì)為酸性，該電池的負(fù)極反應(yīng)為二甲醚失電子生成二氧化碳，負(fù)極的電極反應(yīng)為：CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+；

(3)由于升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，對(duì)該反應(yīng)來說，溫度升高化學(xué)平衡常數(shù)K值減小，說明升高溫度化學(xué)平衡逆向移動(dòng)，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，所以該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，假設(shè)反應(yīng)消耗的CO濃度為x，則根據(jù)方程式CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)可知物質(zhì)改變的物質(zhì)的量相等，因此平衡時(shí)各種氣體的物質(zhì)的量濃度分別是：c(CO)=c(H2O)=(0.02-x) mol/L，c(CO2)=c(H2)=x mol/L，所以=9，解得x=0.015 mol/L，所以CO的平衡轉(zhuǎn)化率為×100%=75%；

(4)對(duì)反應(yīng)N2O4(g)2NO2(g)△H >0，由于該反應(yīng)的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡正向移動(dòng)，NO2平衡時(shí)體積分?jǐn)?shù)增大，根據(jù)圖象可知NO2平衡時(shí)體積分?jǐn)?shù)：A>B，說明溫度：T2>T1。

A．A點(diǎn)、C點(diǎn)溫度相同，A點(diǎn)壓強(qiáng)小于C點(diǎn)的壓強(qiáng)，增大壓強(qiáng)，化學(xué)反應(yīng)速率越大，則反應(yīng)速率：A<C，A錯(cuò)誤；

B．在其他條件不變時(shí)，增大壓強(qiáng)，化學(xué)平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，使紅棕色氣體NO2的濃度增大，所以氣體顏色C點(diǎn)比點(diǎn)深，即A點(diǎn)顏色淺，C點(diǎn)顏色深，B錯(cuò)誤；

C．B、C兩點(diǎn)NO2的體積分?jǐn)?shù)相同，說明氣體的總物質(zhì)的量相同，由于氣體總質(zhì)量不變，所以混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量相同，C錯(cuò)誤；

D．A、B兩點(diǎn)的壓強(qiáng)相同，氣體溫度A>B，在相同壓強(qiáng)下，升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱的正反應(yīng)方向移動(dòng)，則NO2的體積分?jǐn)?shù)增大，所以由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可以用加熱的方法，D正確；

E．化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，A、C兩點(diǎn)的溫度相同，所以它們的平衡常數(shù)也相等，E錯(cuò)誤；

故合理選項(xiàng)是D；

(5)NO2可用氨水吸收生成NH4NO3，25℃時(shí)，將m mol NH4NO3溶于水，溶液顯酸性，是由于NH4+水解，消耗水電離產(chǎn)生的OH-，最終達(dá)到平衡時(shí)，溶液中c(H+)>c(OH-)，反應(yīng)的離子方程式為：NH4++H2ONH3H2O+H+；向其中加入氨水，使c(NH3H2O)增大，抑制了銨根離子水解，水解平衡逆向進(jìn)行，水的電離平衡逆向移動(dòng)；將m mol NH4NO3溶于水，向該溶液滴加n L氨水后溶液呈中性，則根據(jù)電荷守恒計(jì)算可知，溶液中氫氧根離子濃度c(OH-)=10-7mol/L，NH3H2O的電離平衡常數(shù)取Kb=2×10-5 mol/L，設(shè)混合后溶液體積為1 L，c(NH4+)=c(NO3-)=m mol/L；根據(jù)一水合氨電離平衡得到：NH3H2ONH4++OH-，平衡常數(shù)K==2×10-5 mol/L，解得c(NH3H2O)= mol/L；

(6)該原電池中，負(fù)極上失電子被氧化，發(fā)生氧化反應(yīng)，所以負(fù)極上投放的氣體是SO2，SO2失電子和水反應(yīng)生成SO42-和H+，正極上投放的氣體是O2，正極上O2得電子和H+反應(yīng)生成水，根據(jù)硫酸和水的出口方向知，B極是負(fù)極，A極是正極，所以B極上的電極反應(yīng)式為：SO2-2e-+2H2O═SO42-+4H+，原電池放電時(shí)，溶液中的H+由負(fù)極B移向正極A，所以其電池反應(yīng)式為：2SO2+O2+2H2O=2H2SO4。