Question

【题目】(1) 工业上利用CO2生产甲醇燃料,反应方程式为：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH=-49.0 kJ·mol-1。将6 mol CO2和8 mol H2充入容积为2 L的密闭容器中(温度不变),H2的物质的量随时间变化如下图实线所示(图中字母后的数字表示对应坐标)。

①该反应在0-8 min内CO2的平均反应速率为_______。

②第12 min后,保持温度不变,向该密闭容器中再充入1 mol CO2(g)和3 mol H2O(g),则v正_____v逆(填“>”、“<”或“=”)。

③仅改变某一条件再进行实验,测得H2物质的量变化如上图虚线所示。与实线相比,曲线Ⅰ改变的条件可能是______,曲线Ⅱ改变的条件可能是________。

④在一定温度下,在容积为2L的两个相同密闭容器中,按如下方式加入反应物,一段时间后达到平衡。

容器	甲	乙
反应物 投入量	1molCO2、3molH2	xmolCO2、ymolH2、zmolCH3OH(g)、zmolH2O(g)

若甲中平衡后气体的压强为开始的0.8倍,要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等,且起始时维持化学反应向逆反应方向进行,则z的取值范围为______。

（2）①将等物质的量的SO2与NH3溶于水充分反应，所得溶液呈_______性，该溶液中各离子浓度由大到小的顺序为：________________,所得溶液中c（H+）－c（OH－）=___________（填写表达式）（已知：H2SO3：Ka1=1.7×10﹣2，Ka2=6.0×10﹣8，NH3H2O：Kb=1.8×10﹣5）

②采用下图装置将SO2转化为重要化工原料。若A为SO2,B为O2,则A为_____极,该极电极反应式为_______________。

Answer 1

【答案】 0.125 mol·L-1·min-1 < 升温 加压 0.4<z≤1 酸 c(NH4+)＞c(HSO3－)＞c(H+)＞c(SO32－-)＞c(OH－) c(HSO3－) + 2c(SO32－) －c(NH4+) 或 c(SO32－) + c(NH3·H2O) － c(H2SO3) 负 SO2-2e-+2H2O4H++SO42-

【解析】（1）①该反应在0～8 min内氢气减少了8mol-2mol=6mol，则根据方程式可知消耗CO2是2mol，浓度是1.0mol/L，所以CO2的平均反应速率为1.0mol/L÷8min＝0.125 mol·L-1·min-1。②根据图像可知平衡时氢气是2mol，CO2是6mol－2mol＝4mol，生成甲醇和水蒸气均是2mol，浓度分别是（mol/L）2、1、1、1，因此该温度下平衡常数K＝。第12 min后，保持温度不变，向该密闭容器中再充入1 mol CO2(g)和3 mol H2O(g)，则浓度熵Q＝＞0.5，反应向逆反应方向进行，则v正＜v逆。③仅改变某一条件再进行实验,测得H2物质的量变化如上图虚线所示。与实线相比，曲线Ⅰ到达平衡的时间减少，且平衡时氢气的物质的量增加，平衡向逆反应方向进行，由于正反应是放热的体积减少的可逆反应，因此改变的条件可能是升高温度。曲线Ⅱ到达平衡的时间减少，且平衡时氢气的物质的量减少，平衡向正反应方向进行，因此改变的条件可能是增大压强。④根据题意可知甲、乙达到的平衡是等效平衡，先计算甲中平衡时各物质的物质的量，设甲中二氧化碳的物质的量减少xmol，则

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

开始（mol） 1 3 0 0

转化（mol） x 3x x x

平衡（mol） 1-x 3-3x x x

根据题意，1-x+3-x+x+x=0.8×(1+3)mol，解得x=0.4mol，因为乙是从逆反应开始的，所以z>0.4mol，又因为二者是等效平衡，将甲的反应物完全转化为生成物时，甲醇的物质的量是1mol，水蒸气的物质的量是1mol，所以z ≤1mol，因此z的取值范围是0.4＜z ≤1。（2）①将等物质的量的SO2与NH3溶于水充分反应生成亚硫酸氢铵，亚硫酸的第一步电离常数大于一水合氨，说明铵根的水解程度大于亚硫酸氢根离子，因此所得溶液呈酸性，该溶液中各离子浓度由大到小的顺序为c(NH4+)＞c(HSO3－)＞c(H+)＞c(SO32－-)＞c(OH－)。所得溶液中根据电荷守恒可知c（H+）－c（OH－）= c(HSO3－) + 2c(SO32－) －c(NH4+)或者依据质子守恒可知c（H+）－c（OH－）= c(SO32－) + c(NH3·H2O) － c(H2SO3)；② SO2失去电子转化为硫酸，则若A为SO2，B为O2，则A为负极，该极电极反应式为SO2-2e-+2H2O＝4H++SO42-。