Question

运用化学反应原理知识研究如何利用CO、SO₂等污染物有重要意义．
（1）用CO可以合成甲醇．已知：
CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.5kJ?mol^-1；
CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1；
H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ?mol^-1；
则CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=

 

kJ?mol^-1．
（2）下列措施中能够增大上述合成甲醇反应的反应速率的是

 

（填写序号）．
a．使用高效催化剂；b．降低反应温度；c．增大体系压强；d．不断将CH₃OH从反应混合物中分离出来
（3）在一定压强下，容积为VL的容器中充入a mol CO与2a mol H₂，在催化剂作用下反应生成甲醛，平衡转化率与温度、压强的关系如图1所示．

①P₁

 

P₂（填“大于”、“小于”或“等于”）；
②100℃时，该反应的化学平衡常数K=

 

（mol?L^-1）^-2；
③在其它条件不变的情况下，再增加a mol CO和2a mol H₂，达到新平衡时，CO的转化率

 

（填“增大”、“减小”、或“不变”）
（4）某科研小组用SO₂为原料制取硫酸．
①利用原电池原理，用SO₂、O₂和H₂O来制备硫酸，该电池用多孔材料作电极，它能吸附气体，同时也能使气体与电解质溶液充分接触．请写出该电池的负极的电极反应式

 

．
②用Na₂SO₃溶液充分吸收SO₂得NaHSO₃溶液，然后电解该溶液可制得硫酸．电解原理示意图如图2所示．请写出开始时阳极反应的电极反应式

 

．

Answer 1

考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学反应速率的影响因素,化学平衡的计算

专题：氧化还原反应专题,化学平衡专题

分析：（1）依据盖斯定律和热化学方程式计算得到；
（2）考虑影响反应速率的因素；
（3）①由图1可知，温度相同时，在压强为P₂时平衡时CO的转化率高，由反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）可知压强越大，越有利于平衡向正反应进行；
②由图1可知，在P₁压强下，100℃时，CO的转化率为0.5，据此计算CO的浓度变化量，根据三段式计算平衡时各组分的平衡浓度，计算合成甲醇的化学平衡常数；
③在其它条件不变的情况下，再增加a molCO与2amolH₂，等效为增大压强，平衡向正反应移动，CO转化率增大；
（4）①反应原理为二氧化硫、氧气和水反应生成硫酸，根据化合价变化判断负极物质，写出负极反应式；
②根据化合价变化判断阳极反应物质，写出阳极反应式．

解答： 解：（1）用CO可以合成甲醇．已知：
①CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.5kJ?mol^-1；
②CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1；
③H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ?mol^-1；
由盖斯定律可知，②+③×2-①得到CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
△H=-283.0kJ/mol-285.8kJ/mol×2+764.5kJ/mol=-90.1kJ/mol，故答案为：90.1；
（2）温度越高、压强越大，使用催化剂都可使反应速率增大，降低温度反应速率减慢，从体系中分离出甲醇，相当于减少浓度，反应速率减慢，
故答案为：ac；
（3））①由图1可知，温度相同时，在压强为P₂时平衡时CO的转化率高，由反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）可知压强越大，
越有利于平衡向正反应进行，故压强P₁＜P₂，
故答案为：小于；
②由于平衡常数与压强没有关系，所以根据图象可知，在100℃P₁时，CO的转化率是0.5，则
CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）
起始浓度（mol/L）

a

V

      

2a

V

           0
转化浓度（mol/L）

a

2V

      

a

V

          

a

2V

 
平衡浓度（mol/L）

a

2V

      

a

V

          

a

2V

所以平衡常数K=

a 2V

a 2V ×( a V )2

=(

V

a

)2，
故答案为：(

V

a

)2；
③在其它条件不变的情况下，再增加a molCO与2amolH₂，等效为增大压强，平衡向正反应移动，CO转化率增大，
故答案为：增大；
（4））①该原电池中，负极上失电子被氧化，二氧化硫到硫酸，硫的化合价升高，所以负极上投放的气体是二氧化硫，二氧化硫失电子和水反应生成硫酸根离子和氢离子，所以负极上的电极反应式为：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，
故答案为：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；
②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⁺．

点评：本题考查影响平衡的因素、化学平衡常数、化学平衡图象、反应热的计算、电极反应式的书写等，难度中等，从化合价角度判断电极发生反应的物质时关键．