Question

8．碳、硫和氮元素及其化合物的处理，是资源利用和环境保护的重要研究课题．
（1）CO可转化成二甲醚，原理为：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
已知一定条件下，该反应中CO的平衡转化率随温度、投料比的变化曲线如图1所示，若温度升高，则反应的平衡常数K将减小（填“增大”、“减小”或“不变”）

（2）SO₂的水溶液呈酸性，某温度下，0.02mol/L亚硫酸水溶液的pH等于2，若忽略亚硫酸的二级电离和H₂O的电离，则该温度下亚硫酸的一级电离平衡常数K_a1=0.01．
（3）已知：反应1  2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₁
反应2  2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₂
若△H₁＜△H₂＜0，则反应3   SO₂（g）+NO₂（g）?SO₃（g）+NO（g） 属于放热（填“放热”或“吸热”）反应．
（4）若用少量NaOH溶液吸收SO₂气体，对产物NaHSO₃进一步电解可制得硫酸，电解原理示意图（见图2所示），则电解时阳极的电极反应式为HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺．
（5）在恒温密闭容器中通入SO₂和NO₂各1mol发生反应3：SO₂（g）+NO₂（g）?SO₃（g）+NO（g），当反应达到平衡后（此时NO₂的转化率为α₁），维持温度和容积不变，10min时再通入各1mol的SO₂和NO₂的混合气体，20min时再次平衡（此时NO₂的转化率为α₂）．两次平衡时NO₂的转化率α₁=α₂（填“＞”、“＜”、“=”），并在图3中画出正反应速率在10-30min间随时间变化的曲线图．

Answer 1

分析 （1）根据图象可知2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OH（g）+3H₂O（g），在相同投料比[n（H₂）/n（CO）]时，温度升高，CO的平衡转化率降低；
（2）亚硫酸的一级电离方程式为：H₂SO₃?HSO₃^-+H⁺，根据0.02mol•L^-1亚硫酸水溶液的pH等于2来计算；
（3）根据盖斯定律，将$\frac{①}{2}$可得目标反应；
（4）根据化合价变化判断阳极反应物质，写出阳极反应式；
（5）SO₂（g）+NO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）是气体的物质的量不变的反应，据此分析；由于10min时再通入各1mol的SO₂和NO₂的，故反应物的浓度增大，则正反应速率v_正立即增大，后逐渐减小，最后20min达到平衡．

解答 解：（1）根据图一可以看出，对于反应：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OH（g）+3H₂O（g），在相同投料比[n（H₂）/n（CO）]时，温度升高，CO的平衡转化率降低，故升高温度，平衡左移，平衡常数减小，
故答案为：减小；
（2）由于0.02mol•L^-1亚硫酸水溶液的pH等于2，即溶液中的氢离子浓度为0.01mol/L，而c（HSO₃^-）=c（H⁺），故有：
H₂SO₃ ?HSO₃^-+H⁺
初始浓度：0.02mol/L 0 0
转化浓度：0.01mol/L 0.01mol/L 0.01mol/L
平衡浓度：0.01mol/L 0.01mol/L 0.01mol/L
则有电离平衡常数K_a1=$\frac{0.01mol/L×0.01mol/L}{0.01mol/L}$=0.01，
故答案为：0.01；
（3）已知反应1：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₁；
反应2：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₂，根据盖斯定律，将$\frac{①}{2}$可得目标反应：SO₂（g）+NO₂（g）?SO₃（g）+NO（g），则△H₃=$\frac{△{H}_{1}-△{H}_{2}}{2}$，而由于△H₁＜△H₂＜0，故△H₃=$\frac{△{H}_{1}-△{H}_{2}}{2}$＜0，故此反应放热，
故答案为：放热；
（4）电解池中阳极和电源正极相连，失去电子，发生氧化反应，电解NaHSO₃溶液可制得硫酸，硫的化合价升高，所以阳极是HSO₃^-溶液失去电子被氧化生成SO₄^2-，则阳极电极反应式是：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺，
故答案为：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺；
（5）在恒温密闭容器中通入SO₂和NO₂各1mol发生反应3：SO₂（g）+NO₂（g）?SO₃（g）+NO（g），当反应达到平衡后，维持温度和容积不变，10min时再通入各1mol的SO₂和NO₂的混合气体，而由于SO₂（g）+NO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）是气体的物质的量不变的反应，故平衡不移动，则两次平衡时NO₂的转化率α₁=α₂；由于10min时再通入各1mol的SO₂和NO₂的，故反应物的浓度立即增大，则正反应速率v_正立即增大，后逐渐减小，最后20min达到平衡，故正反应速率v_正在10至30min间随时间变化的曲线图为：，，
故答案为：=；．

点评 本题考查化学平衡图象问题，题目难度中等，本题注意反应的特点来分析转化率的变化，本题易错，答题时注意思考．