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）  ΔH＝a kJ·mol^－1
2NO（g）＋O₂（g）2NO₂（g）    ΔH＝b kJ·mol^－1
则SO₂（g）＋NO₂（g）SO₃（g）＋NO（g）  ΔH＝               kJ·mol^－1。
②一定温度下，向固定体积为2 L的密闭容器中充入SO₂和NO₂各1 mol，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1 mol SO₃的同时消耗1 mol NO₂
③测得②中反应5 min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10 mol CO和20 mol 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

（1）（2分） SO₂、NO₂ （2）（8分）①   ②ad   ③0.075mol/（L?min）  9
（3）（6分）①放热（1分） ②K_a＝K_b＞K_C（1分） ③O₂ + 2H₂O + 4e^－＝4OH^－（2分） 30（2分）

试题分析：（1）SO₂和NO₂排入大气中最终分别变为硫酸和硝酸，从而形成酸雨。CO不能形成酸雨。
（2）①若已知2SO₂（g）＋O₂（g）2SO₃（g）    ΔH＝a kJ·mol^－1、2NO（g）＋O₂（g）2NO₂（g）    ΔH＝b kJ·mol^－1，则根据盖斯定律可知前者减去后者即得到反应2SO₂（g）＋2NO₂（g）2SO₃（g）＋
2NO（g），因此反应SO₂（g）＋NO₂（g）SO₃（g）＋NO（g）  ΔH＝kJ·mol^－1。
②在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态，据此可以判断。A、根据反应式可知，反应前后气体的体积不变，因此压强始终是不变，则体系压强保持不变不能说明反应达到平衡状态；b、颜色的深浅与NO₂的浓度有关系，所以当混合气体的颜色保持不变时，则说明NO₂的浓度不再发生变化，因此反应达到平衡状态；c、NO的物质的量保持不变说明正逆反应速率相等，达到平衡状态；d、每生成1 mol SO₃的同时，一定消耗1 molNO₂，因此该关系是始终成立的，不能说明反应达到平衡状态，答案选ad。
③             SO₂（g）＋NO₂（g）SO₃（g）＋NO（g）
起始量（mol）   1       1           0        0
转化量（mol）   x       x           x        x
平衡量（mol）  1－x   1－x          x        x
由于平衡时容器中NO与NO₂的体积比为3︰1
则3－3x＝x
解得x＝0.75mol
所以平衡时消耗SO₂的浓度是0.75mol÷2L＝0.375mol/L
则这段时间内SO₂的反应速率υ（SO₂）＝0.375mol/L÷5min＝0.075mol/（L?min）
由于反应前后体积不变，所以可以用物质的量代替浓度计算平衡常数
则此反应在该温度下的平衡常数K＝＝9
（3）①根据图像可知，在压强不变的条件下，随着温度的升高，CO的转化率降低。这说明升高温度平衡向逆反应方向移动，因此正方应是放热反应。
②平衡常数只与温度有关系，A和B两点温度相同，则平衡常数相等。升高温度平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，所以三点平衡常数的大小关系是K_a＝K_b＞K_C。
③原电池中负极失去电子，发生氧化反应。正极得到电子，发生还原反应。所以在燃料电池中燃料在负极通入，氧气或空气在正极通入。由于电解质是氢氧化钾溶液，显碱性，所以正极电极反应式为O₂ + 2H₂O + 4e^－＝4OH^－；根据图像可知A点CO的转化率是0.5，则平衡常数生成甲醇的物质的量是10mol×0.5＝5mol。甲醇中碳元素的化合价是－2价，反应后被氧化为＋4价，失去6个电子，所以5mol甲醇反应转移电子的物质的量是5mol×6＝30mol。