Question

空气质量与我们的健康息息相关，目前我国通过监测6项污染物的质量浓度来计算空气质量指数（AQI），SO₂、NO₂和CO是其中3项中的污染物．
（1）上述3种气体直接排入空气后会引起酸雨的气体有

 

（填化学式）．
（2）早期人们曾经使用铅室法生产硫酸，其主要反应为：SO₂（g）+NO₂（g）=SO₃（g）+NO（g）
①若已知2SO₂（g）+O₂（g）=2SO₃（g）△H=a kJ?mol^-1
        2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=b kJ?mol^-1
则SO₂（g）+NO₂（g）=SO₃（g）+NO（g）△H=

 

kJ?mol^-1．
②一定温度下，向固定体积为2L的密闭容器中充入SO₂和NO₂各1mol，发生反应：SO₂（g）+NO₂（g）=SO₃（g）+NO（g）
下列事实中不能说明该反应达到平衡状态的是

 

（选填序号）．
a．体系压强保持不变
b．混合气体的颜色保持不变
c．NO的物质的量保持不变
d．每生成1mol SO₃的同时消耗1mol NO₂
③测得②中反应5min末到达平衡，此时容器中NO与NO₂的体积比为3：1，则这段时间内SO₂的反应速率υ（SO₂）=

 

，此反应在该温度下的平衡常数K=

 

．
（3）甲醇日趋成为重要的有机燃料，通常利用CO和H₂合成甲醇，其反应的化学方程式为CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）．今在一容积可变的密闭容器中，充有10mol CO和20mol H₂，用于合成甲醇．CO的平衡转化率（α）与温度（T）、压强（P）的关系如图所示：
①上述合成甲醇的反应为

 

反应（填“放热”或“吸热”）．
②A、B、C三点的平衡常数K_A、K_B、K_C的大小关系为

 

．
③若将达到平衡状态A时生成的甲醇用于构成甲醇一氧气燃料电池，电解质溶液为KOH浓溶液，则该电池工作时正极的电极反应式为

 

，理论上通过外电路的电子最多为

 

mol．

Answer 1

考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,常见化学电源的种类及其工作原理,化学平衡常数的含义,化学平衡状态的判断,转化率随温度、压强的变化曲线

专题：化学平衡专题

分析：（1）从空气污染的角度分析，利用酸雨形成的过程相关知识解决；
（2）①用盖斯定律解决；
     ②化学平衡状态的判定，分析时注意两个核心：v（正）=v（逆）和  各组分的浓度保持不变；
     ③利用三段式法求算；
（3）①化学平衡图象分析方法，平衡图象题主要注意三点一趋势，三点是：图象的起点、拐点、终点，一趋势是看曲线的变化趋势．当然要看好横、纵坐标的向量．
②对于一个给定的化学反应，化学平衡常数的影响因素只有温度；
③燃料电池的正极电极反应式书写，只有两种写法：
酸性：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O
碱性：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-

解答： 解：（1）SO₂、NO₂和CO中，能和空气中的水蒸气反应的有SO₂、NO₂
SO₂+H₂O=H₂SO₃ H₂SO₃进一步被氧气氧化为硫酸，
3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，硫酸和硝酸融入雨水，形成酸雨，在空气中CO不能与水反应．
故答案为：SO₂、NO₂；
（2）①据两热化学方程式
①2SO₂（g）+O₂（g）=2SO₃（g）△H=a kJ?mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=b kJ?mol^-1
根据盖斯定律：①-②得③：2SO₂（g）+2NO₂（g）=2SO₃（g）+2NO（g）△H=2（a-b）kJ?mol^-1
③÷2，得
SO₂（g）+NO₂（g）=SO₃（g）+NO（g）△H=（a-b）kJ?mol^-1
故答案为：（a-b）kJ?mol^-1；
 ②a．在SO₂（g）+NO₂（g）=SO₃（g）+NO（g）反应中，反应前后的气体体积变化等于零，即△V=0，无论是否平衡，体系内的压强永远不变；a不能说明反应以达到化学平衡；
b．只有NO₂有颜色，气体的颜色不变，说明NO₂的量不再发生变化，b可说明反应以达到化学平衡；
c．NO的物质的量不变，c说明反应以达到化学平衡；
d．中生成 SO₃和消耗 NO₂反应都是向正向进行，d不能说明反应以达到化学平衡．
故答案为：ad；
 ③设参加反应的SO₂为nmol 
             SO₂（g）+NO₂（g）=SO₃（g）+NO（g）
反应前（mol）  1        1       0        0
反应了（mol）  n        n       n        n
5min末（mol） 1-n      1-n      n        n

n

1-n

=

3

1

可求得：n=

3

4

=0.75
υ（SO₂）=

0.75

2×5

=0.075mol/（L?min）
因其体积是2L，求出各自的浓度代入可求K
K=

0.375×0.375

0.125×0.125

=9
故答案为：0.075mol/（L?min）；9；
（3）①从图上可见，在P₂时，随温度的升高CO的转化率越来越低，可见，升温时平衡向逆向移动，据勒夏特列原理，正反应放热．
故答案为：放热
 ②化学平衡常数只受温度的影响，该反应放热，温度越高平衡逆向移动，K值减小．
故答案为：K_a=K_b＞K_C；
 ③燃料电池的正极，是氧气反应，在碱性条件下有水参与生成氢氧根．O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-
A点CO的平衡转化率50%，参加反应的CO为：10mol×50%=5mol
从CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）分析，生成CH₃OH也为5mol，CH₃OH燃烧生成二氧化碳和水，只有C的价态从-2变为+4，H、O价态没变，所以1molCH₃OH燃烧转移6mol电子，故5molCH₃OH反应转移电子为：5×6=30．
故答案为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；30．

点评：本题考查范围较广，看起来跨度很大，从燃料电池到氧化还原反应中电子转移，其实，电化学本身就是分开进行的氧化还原反应，只有分开进行才有电子的定向移动，形成电流．
 有关盖斯定律的习题，首先要根据所求的反应分析，分析以下几点：
1、所求反应中的反应物在哪个反应了？是反应物还是生成物？
2、所给反应中哪些物质是所求反应中没有的？
3、如何才能去掉无用的？然后，通过相互加减，去掉无关物质．将所对应的△H代入上述化学方程式的加减中就可以了．