Question

【题目】一氧化碳和二氧化硫是用途广泛的化工基础原料。

（1）已知：C(s)＋O2(g)＝CO2(g) △H1＝– 393.5 kJ·mol – 1

C(s)＋CO2(g)＝2CO(g) △H2＝＋172.5 kJ·mol – 1

S(s)＋O2(g)＝SO2(g) △H3＝– 296.0 kJ·mol – 1

已知某反应的平衡常数，据以上信息，请写出该反应的热化学反应方程式： 。

（2）工业上用一氧化碳制取氢气的反应为：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)，已知420℃时，该反应的化学平衡常数为9.0。如果反应开始时，在2 L的密闭容器中充入CO和H2O的物质的量都是0.60 mol，5 min末达到平衡，则此时CO的转化率为 ，H2的化学反应速率为 。

（3）工业利用反应2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)制硫酸，一定条件下，将1molSO2与2molO2置于恒容密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是

a．体系压强保持不变

b．混合气体密度保持不变

c．SO2和O2的物质的量之比保持不变

d．每消耗1 mol SO3的同时，生成0.5 mol O2

（4）下图中A装置为熔融盐燃料电池的工作原理示意图。某课外活动小组用下图所示装置通过电解生成Fe(OH)3进行水的净化。

①已知该燃料电池负极的电极反应是CH4＋4CO32-－8e- = 5CO2＋2H2O。

则正极的电极反应式是 。

电解池B阳极的电极反应式为 。

②实验过程中，若在阴极产生了22.4 L(标准状况)气体，则熔融盐燃料电池消耗CH4 L(标准状况)。

Answer 1

【答案】（1）SO2(g)＋2CO(g) 2CO2(g)＋S(s) △H＝－270kJ·mol-1；

（2）75%，0.045mol·L-1·min-1 ；（3）a、c；

（4）① O2＋2CO2＋4e—=2CO32-，Fe－2e－=Fe2＋；② 5.6。

【解析】

试题分析：（1）根据化学平衡常数，写出反应方程式：

SO2(g)＋2CO(g) 2CO2(g)＋S(s)，①

C(s)＋O2(g)＝CO2(g)，②C(s)＋CO2(g)＝2CO(g)，

③S(s)＋O2(g)＝SO2(g)，①－②－③，

得出：SO2(g)＋2CO(g) 2CO2(g)＋S(s)

△H=△H1－△H2－△H3=－270kJ·mol－1；

（2）CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)

起始：0.6 0.6 0 0

变化：x x x x

平衡：0.6－x 0.6－x x x

根据平衡常数的定义：x2/(0.6－x)2=9，解得，x=0.45，CO的转化率为0.45/0.6×100%=75%，根据化学反应速率的定义，v(H2)=0.45/(2×5)mol/(L·min)=0.045 mol/(L·min)；（3）a、反应前后气体系数之和不相等，压强不变，说明反应达到平衡，故正确；b、根据密度的定义，组分都是气体，则气体质量不变，条件是恒容，因此体积不变，密度不变，不能说明反应达到平衡，故错误；c、当物质的量之比不变，说明反应达到平衡，故正确；d、用不同物质表示达到平衡，要求反应方向一正一逆，消耗SO3，生成O2，反应方向都向逆反应方向进行，故错误；（4）①装置A为燃料电池，总电极反应式为CH4＋2O2→CO2＋2H2O，总电极反应式减去负极反应式，正极反应式为： O2＋2CO2＋4e－=2CO32－，通甲烷的电极为负极，通空气一极为正极，Al跟电源的正极相连，则Al为阴极，铁为阳极，根据电解原理，电极反应式为Fe－2e－=Fe2＋；②阴极反应式为2H＋＋2e－=H2↑，根据电子守恒，因此有CH4－8e－～4H2，V(H2)=V(CH4)/4=5.6L。