Question

研究NO₂、SO₂ 、CO等大气污染气体的测量及处理具有重要意义。
（1）I₂O₅可使H₂S、CO、HC1等氧化，常用于定量测定CO的含量。已知：
2I₂(s)+5O₂(g)＝2I₂O₅(s)         △H＝－75.56  kJ·mol^－1
2CO(g)+O₂(g)＝2CO₂(g)       △H＝－566.0  kJ·mol^－1
写出CO(g)与I₂O₅(s)反应生成I₂(s)和CO₂(g)的热化学方程式：                                     。
（2）一定条件下，NO₂与SO₂反应生成SO₃和NO两种气体：NO₂(g)+SO₂(g)SO₃(g)+NO(g)将体积比为1∶2的NO₂、SO₂气体置于密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是                     。
a．体系压强保持不变
b．混合气体颜色保持不变
c．SO₃和NO的体积比保持不变
d．每消耗1molSO₂的同时生成1molNO
测得上述反应平衡时NO₂与SO₂体积比为1∶6，则平衡常数K＝                 。
（3）从脱硝、脱硫后的烟气中获取二氧化碳，用二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向。将CO₂转化为甲醇的热化学方程式为：CO₂  (g)＋3H₂(g)  CH₃OH(g)＋H₂O(g)   △H₃
①取五份等体体积CO₂和H₂的的混合气体 （物质的量之比均为1：3），分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中，发生上述反应，反应相同时间后，测得甲醇的体积分数φ(CH₃OH) 与反应温度T的关系曲线如图所示，则上述CO₂转化为甲醇反应的△H₃                     0（填“＞”、“＜”或“＝”）。

②在容积为1L的恒温密闭容器中充入1molCO₂和3molH₂，进行上述反应。测得CO₂和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如下左图所示。若在上述平衡体系中再充0.5molCO₂和1.5mol水蒸气（保持温度不变），则此平衡将                       移动（填“向正反应方向”、“不”或“逆反应方向”）。
         
③直接甲醇燃料电池结构如上右图所示。其工作时负极电极反应式可表示为                      。

Answer 1

（1）5CO(g)+I₂O₅(s)＝5CO₂(g)+I₂(s)     △H＝－1377.22kJ/mol
（2）b      2.67或8/3 （3）①＜             ②不         ③CH₃OH－6e^－＋H₂O＝6H^＋＋CO₂

试题分析：（1）根据反应①2I₂(s)+5O₂(g)＝2I₂O₅(s)     △H＝－75.56  kJ·mol^－1、②2CO(g)+O₂(g)＝2CO₂(g)       △H＝－566.0  kJ·mol^－1并依据盖斯定律可知，（②×5－①）÷2即得到反应5CO(g)+I₂O₅(s)＝5CO₂(g)+I₂(s)，所以该反应的反应热△H＝（－566.0  kJ/mol×5＋75.56  kJ/mol）÷2＝－1377.22kJ/mol。
（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。该反应是反应前后气体分子数不变的反应，故体系的压强保持不变，故a不能说明反应已达到平衡状态；颜色深浅和浓度有关系，随着反应的进行，NO₂的浓度减小，颜色变浅，故b可以说明反应已达平衡；SO₃和NO都是生成物，比例保持1:1，故c不能作为平衡状态的判断依据；根据方程式可知，每消耗1molSO₂的同时一定生成1molNO ，即d中所述的两个速率方向相同，不能作为平衡状态的判断依据，所以正确的答案选b。反应前后体积不变，因此可以用物质的量表示浓度计算平衡常数，则
NO₂(g)+SO₂(g)SO₃(g)+NO(g)
起始量（mol）    n       2n       0      0
转化量（mol）    x       x         x      x
平衡量（mol）    n－x    2n－x    x      x
则根据平衡时NO₂与SO₂体积比为1∶6可知6×（n－x）＝2n－x
解得x＝0.8n
所以该反应的平衡常数K＝＝＝
（3）①由图可知最高点反应到达平衡，达平衡后，温度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反应进行，升高温度平衡向吸热方向进行，逆反应为吸热反应，则正反应为放热反应，即△H₃＜0。
②根据图像可知，平衡时甲醇的浓度是0.75mol/L，则根据反应方程式CO₂  (g)＋3H₂(g)  CH₃OH(g)＋H₂O(g)可知，消耗CO₂和氢气的浓度分别是0.75mol/L和2.25mol/L，生成水蒸气的浓度是0.75mol/L。则平衡时CO₂和氢气的浓度分别是1mol/L－0.75mol/L＝0.25mol/L、3mol/L－2.25mol/L＝0.75mol，所以该反应的平衡常数K＝＝＝。若在上述平衡体系中再充0.5molCO₂和1.5mol水蒸气（保持温度不变），则此时浓度商为＝＝，所以此平衡将不移动。
③原电池中正极得到电子，发生还原反应，因此氧气在正极通入，氧气得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为O₂+4e^-+4H⁺＝2H₂O。负极失去电子，发生氧化反应，因此甲醇在负极通入，电极反应式为CH₃OH－6e^－＋H₂O＝6H^＋＋_CO2。