Question

实施以减少能源浪费和降低废气排放为基本内容的节能减排政策，是应对全球气候问题、建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择．化工行业的发展必须符合国家节能减排的总体要求．试运用所学知识，解决下列问题：
（1）已知某反应的平衡表达式为：K=

c(H2)?c(CO)

c(H2O)

它所对应的化学反应为：

 

．
（2）利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下：
①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）；△H=-90.8kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）；△H=-23.5kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）；△H=-41.3kJ?mol^-1
总反应：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的△H=

 

．
（3）煤化工通常通过研究不同温度下平衡常数以解决各种实际问题．已知等体积的一氧化碳和水蒸气进入反应器时，会发生如下反应：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），该反应平衡常数随温度的变化如下表所示：

温度/℃	400	500	800
平衡常数K	9.94	9	1

该反应的正反应方向是

 

反应（填“吸热”或“放热”），若在500℃时进行，设起始时CO和H₂O的起始浓度均为0.020mol/L，在该条件下，CO的平衡转化率为：

 

．从氨催化氧化可以制硝酸，此过程中涉及氮氧化物，如NO、NO₂、N₂O₄等．对反应N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H＞0，在温度为T₁、T₂时，平衡体系中NO₂的体积分数随压强变化曲线如图1所示．下列说法正确的是

 

．
A．A、C两点的反应速率：A＞C
B．A、C两点气体的颜色：A深，C浅
C．B、C两点的气体的平均相对分子质量：B＜C
D．由状态B到状态A，可以用加热的方法
E．A、C两点的化学平衡常数：A＞C
（5）0.2mol/L的NaOH与0.4mol/L的硝酸铵溶液等体积混合后，溶液中各离子的物质的量浓度从大到小的顺序是

 

．
（6）某科研单位利用原电池原理，用SO₂和O₂来制备硫酸，装置如图2，电极为多孔的材料能吸附气体，同时也能使气体与电解质溶液充分接触．
①溶液中H⁺的移动方向由

 

极到

 

极；（用A、B表示）
②B电极的电极反应式为

 

．

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,热化学方程式,化学电源新型电池,化学平衡的影响因素

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）根据平衡常数的定义判断反应的方程式；
（2）根据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
（3）温度升高K值减小，所以正反应为放热反应；令CO的浓度变化为c，用三段式表示出各物质变化的浓度、平衡时的浓度，再根据平衡常数计算；
（4）从平衡移动的角度分析各物理量的变化；
（5）首先让两者反应生成的物质考虑电离和水解，最终确定离子浓度的大小；
（6）本题为SO₂与O₂反应生成SO₃，SO₃再与水化合生成硫酸，根据硫酸的出口判断正负极，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，原电池放电时，电解质溶液中阳离子向正极移动．

解答： 解：（1）平衡常数为生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，平衡常数中，分子为生成物，分母为反应物，再结合质量守恒定律，所以该反应的方程式为C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），故答案为：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）；
（2）①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）；△H=-90.8kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）；△H=-23.5kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）；△H=-41.3kJ?mol^-1
依据盖斯定律计算①×2+②+③得到总反应的热化学方程式：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.4KJ/mol；
故答案为：-246.4KJ/mol；
（3）温度升高K值减小，所以正反应为放热反应，
对于反应 CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
开始（mol/L）：0.02 0.02 0 0
变化（mol/L）：c c c c
平衡（mol/L）：0.02-c 0.02-c c c
所以

c×c

(0.02-c)×(0.02-c)

=9，解得c=0.015，
所以CO的转化率为

0.015mol/L

0.02mol/L

×100%=75%，
故答案为：放热；75%；
（4）对反应N₂O₄（g）?2NO₂（g），在温度为T₁、T₂时，平衡体系中NO₂的体积分数随压强变化曲线如图2所示．则
A．A点压强小于C点的压强，压强越大，反应速率越大，则反应速率：A＜C，故A错误；
B．增大压强，平衡向正反应移动，但浓度的增大幅度大于转化的程度，所以C点浓度大，颜色深，故B错误；
C．B、C两点二氧化氮的体积分数相同，则混合气体的平均相对分子质量相同，故C错误；
D．在相同压强下，升高温度，平衡向逆反应方向移动，则二氧化氮的体积分数增大，所以由状态B到状态A，可以用加热的方法，故D正确；
E．A、C两点的化学平衡常数，温度相同，平衡常数相等，故E错误；
故答案为：D；
（5）0.2mol/L的NaOH与0.4mol/L的硝酸铵溶液等体积混合后，得到等浓度的一水合氨、硝酸钠和硝酸铵的混合溶液，以一水合铵的电离为主，溶液呈碱性，所以c（NO₃^-）＞c（NH₄⁺）＞c（Na⁺）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
故答案为：c（NO₃^-）＞c（NH₄⁺）＞c（Na⁺）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（6）该原电池中，负极上失电子被氧化，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，正极上投放的气体是氧气，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，根据硫酸和水的出口方向知，B极是负极，A极是正极，所以B极上的电极反应式为：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，原电池放电时，氢离子由负极B移向正极A，所以其电池反应式为：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，
故答案为：B；A；SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；

点评：本题考查化学平衡常数、平衡移动相关计算、原电池原理应用、盐类水解判断等，题目较为综合，涉及多方面的知识，难度中等，本题中注意把握图象分析方法、原电池电极反应的书写应用．