Question

【题目】CO、SO2是主要的大气污染气体，利用化学反应原理是治理污染的重要方法。

I.甲醇是一种新型燃料，甲醇燃料电池即将从实验室走向工业化生产。工业上一般以CO和H2为原料合成甲醇，该反应的热化学方程式为：CO（g）+2H2（g） CH3OH（g） △H1＝-116kJ·mol-1

（1）下列措施中有利于增大该反应的反应速率的是___；

A．随时将CH3OH与反应混合物分离 B．降低反应温度

C．增大体系压强 D．使用高效催化剂

（2）已知：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g） △H1＝-116kJ·mol-1

CO（g）+O2(g)=CO2（g） △H2＝-283kJ·mol-1

H2（g）+O2(g)=H2O(g) △H3

化学键	H—H	O=O	O—H
键能/KJmol-1	436	498	463.5

则△H3=___，表示1mol气态甲醇完全燃烧生成CO2和水蒸气时的热化学方程式为___；

Ⅱ.当温度高于500 K时，科学家成功利用二氧化碳和氢气合成了乙醇，2CO2（g）＋6H2（g）C2H5OH（g）＋3H2O（g）。这在节能减排、降低碳排放方面具有重大意义。回答下列问题：

（1）其平衡常数表达式为K=____。

（2）在恒容密闭容器中，判断上述反应达到平衡状态的依据是___。

a．体系压强不再改变 b．H2的浓度不再改变

c．气体的密度不随时间改变 d．单位时间内消耗H2和CO2的物质的量之比为3∶1

（3）在一定压强下，测得由CO2制取CH3CH2OH的实验数据中，起始投料比、温度与CO2的转化率的关系如图。根据图中数据

①降低温度，平衡向____方向移动。

②在700K、起始投料比=1.5时，H2的转化率为___。

③在500K、起始投料比＝2时，达到平衡后H2的浓度为amol·L－1，则达到平衡时CH3CH2OH的浓度为___。

Ⅲ.某学习小组以SO2为原料，采用原电池法制取硫酸。该小组设计的原电池原理如图所示。该电池中右侧为___极，写出该电池负极的电极反应式___。

Answer 1

【答案】CD -242kJ·mol-1 CH3OH（g）+O2（g）CO2（g）+2H2O（g） △H＝-651kJ·mol-1 ab 正反应(或右) 40% 1.5amol·L-1 正极 SO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+

【解析】

I.(1)根据平衡移动原理进行判断，温度升高，反应速率加快，使用催化剂，反应速率加快；

(2)△H3＝反应物的键能和-生成物的键能和；已知：①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1＝-116kJ·mol-1，②CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H2＝-283kJ·mol-1，③H2(g)+O2(g)=H2O(g) △H3，根据盖斯定律可知：①-②-③×2得：CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)，由此计算△H；

Ⅱ. (1)根据平衡常数表达式为生成物浓度的幂次方之积比上反应物浓度的幂次方之积书写；

(2)结合平衡状态的特征分析即可；

(3)①由图可知，横坐标为投料比，纵坐标为CO2的转化率，曲线为等温线，则相同投料比时温度低对应的CO2的转化率大；

②700K，起始投料比=1.5时，二氧化碳的转化率为20%，求氢气的变化量，从而求出转化率；

③在500K、起始投料比=2时，CO2的转化率为60%，则：

此时H2的转化率为=90%，又达到平衡后H2的浓度为amolL-1，则反应消耗的H2的浓度为9amolL-1，再根据系数比计算达到平衡时CH3CH2OH的浓度。

Ⅲ. 负极发生氧化反应，由图可知，负极上是二氧化硫氧化生成硫酸。

I.(1)A．随时将CH3OH与反应混合物分离，没有改变反应速率，故A错误；

B．温度降低，反应速率变小，故B错误；

C．压强增大，反应速率加快，故C正确；

D．使用催化剂，反应速率加快，故D正确；

故答案为CD；

(2)△H3＝反应物的键能和-生成物的键能和=(436 kJ·mol-1)+(498 kJ·mol-1)×-(463.5 kJ·mol-1)×2=-242kJ·mol-1；已知：①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1＝-116kJ·mol-1，②CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H2＝-283kJ·mol-1，③H2(g)+O2(g)=H2O(g) △H3，根据盖斯定律可知：①-②-③×2得：CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)，则△H=(-116kJ·mol-1)-(-283kJ·mol-1)-(-242kJ·mol-1)×2==-651kJmol-1，即1mol气态甲醇完全燃烧生成CO2和水蒸气时的热化学方程式为CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H=-651kJmol-1；

Ⅱ. (1)已知2CO2(g)＋6H2(g)C2H5OH(g)＋3H2O(g)，则K==；

(2)a．混合气体的物质的量减小，则体系压强一直在减小，当体系压强不再改变，能说明到达平衡，故a正确；

b．H2的浓度不再改变，可以H2的物质的量不再随时间变化而变化，此时反应达到平衡，故b正确；

c．容器的体积不变，混合气体的质量始终不发生变化，混合气体的密度也始终不变，则当混合气体密度不变，不能说明到达平衡，故c错误；

d．单位时间内消耗H2和CO2的物质的量之比为3:1，指正反应方向，所以不能说明到达平衡，故d错误；

故答案为ab；

(3)①由图可知，横坐标为投料比，纵坐标为CO2的转化率，曲线为等温线，则相同投料比时温度低对应的CO2的转化率大，即降低温度平衡正反应方向移动；

②700K，起始投料比=1.5时，CO2的转化率为20%，则：

此时H2的转化率为×100%=40%；

③在500K、起始投料比=2时，CO2的转化率为60%，则：

此时H2的转化率为=90%，又达到平衡后H2的浓度为amolL-1，则反应消耗的H2的浓度为9amolL-1，所以达到平衡时CH3CH2OH的浓度为=molL-1=1.5amolL-1；

Ⅲ. 负极发生氧化反应，由图可知，负极上是二氧化硫氧化生成硫酸，即电池右侧为负极，发生的电极反应式为：SO2-2e-+2H2O═SO42-+4H+。