Question

6．化工行业的发展必须符合国家节能减排的总体要求．请回答下列问题：
（1）已知C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），则该反应的平衡常数表达式为$\frac{{C（{H_2}）C（CO）}}{{C（{H_2}O）}}$．
（2）已知在一定温度下，
C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H₁
CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H₂
C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H₃
则△H₁、△H₂、△H₃之间的关系是：△H₁+△H₂=△H₃．

温度/℃	400	500	800
平衡常数K	9.94	9	1

（3）通过研究不同温度下平衡常数可以解决某些实际问题．已知等体积的一氧化碳和水蒸气进入反应时，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表所示．
则该反应的正反应方向是放热反应（填“吸热”或“放热”），在500℃时，若设起始时CO和H₂O的起始浓度均为0.020mol/L，则CO的平衡转化率为75%．
（4）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所示．下列说法正确的是D：

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A到状态B，可以用加热的方法
E．A、C两点的化学平衡常数：A=C
（5）工业上用Na₂SO₃吸收尾气中的SO₂，再用右图装置电解（惰性电极）NaHSO₃制取H₂SO₄（阴离子交换膜只永许阴离子通过），阳极电极反应式为：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑．

Answer 1

分析 （1）化学平衡常数是指：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物的浓度系数次幂之积除以反应物的浓度系数次幂之积，固体、纯液体不需要在化学平衡常数中写出；
（2）已知：①C（s）+CO₂（g）?2CO（g）
②CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
③C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）
①+②可得③，则反应③的焓变①与②的焓变之和；
（3）由表中数据可知，随温度升高平衡常数减小，说明升高温度平衡逆向移动；
设平衡时CO浓度变化量为xmol/L，表示出平衡时各组分浓度，根据平衡常数列方程计算解答；
（4）N₂O₄（g）═2NO₂（g）△H＞0，该反应为吸热反应，升高温度，化学平衡正向移动，NO₂的体积分数增大；增大压强，化学平衡逆向移动，NO₂的体积分数减小．
A．A、C两点在等温线上，压强越大，反应速率越快；
B．增大压强平衡向逆反应进行，向逆反应进行是减小由于压强增大导致浓度增大趋势，但到达平衡仍比原平衡浓度大；
C．B、C两点相同物质的含量相同，即二氧化氮与四氧化二氮的物质的量之比相等；
D．压强相同，升高温度，化学平衡正向移动，NO₂的体积分数增大；
E．A、C两点温度相等，则平衡常数相同；
（5）（5）电解NaHSO₃溶液制取H₂SO₄，阴极是氢离子放电，由于含氧酸根的还原性比氢氧根离子若，因此阳极是氢氧根离子放电，亚硫酸根通过离子交换膜进入右侧，被氧化为硫酸，分亚硫酸氢根离子会和氢离子反应生成二氧化硫气体．

解答 解：（1）反应为：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）的平衡表达式K=$\frac{{C（{H_2}）C（CO）}}{{C（{H_2}O）}}$，
故答案为：$\frac{{C（{H_2}）C（CO）}}{{C（{H_2}O）}}$；
（2）已知：①C（s）+CO₂（g）?2CO（g）
②CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
③C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）
根据盖斯定律，①+②可得③，则△H₁+△H₂=△H₃，
故答案为：△H₁+△H₂=△H₃；
（3）由表中数据可知，随温度升高平衡常数减小，说明升高温度平衡逆向移动，则正反应为放热反应；
设平衡时CO浓度变化量为xmol/L，则：
             CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
开始（mol/L）：0.02   0.02     0       0
变化（mol/L）：x       x       x       x
平衡（mol/L）：0.02-x 0.02-x   x       x
所以$\frac{x×x}{（0.02-x）×（0.02-x）}$=9，解得x=0.015，
所以CO的转化率为$\frac{0.015mol/L}{0.02mol/L}$×100%=75%，
故答案为：放热；75%；
（3）A．由图象可知，A、C两点在等温线上，C的压强大，则A、C两点的反应速率：A＜C，故A错误；
B．A、C两点都在等温线上，C的压强大，与A相比C点平衡向逆反应进行，向逆反应进行是由于减小体积增大压强，平衡移动的结果降低NO₂浓度增大趋势，但到达平衡仍比原平衡浓度大，平衡时NO₂浓度比A的浓度高，NO₂为红棕色气体，则A、C两点气体的颜色：A浅，C深，故B错误；
C．B、C两点相同物质的含量相同，即二氧化氮与四氧化二氮的物质的量之比相等，则平均相对分子质量相等，故C错误；
D．升高温度，化学平衡正向移动，NO₂的体积分数增大，由图象可知，A点NO₂的体积分数大，则T₁＜T₂，由状态B到状态A，可以用加热的方法，故D正确；
E．A、C两点温度相等，则平衡常数相同，故E错误，
故选：D；
（5）电解NaHSO₃溶液制取H₂SO₄，阴极是氢离子放电，由于含氧酸根的还原性比氢氧根离子若，因此阳极是氢氧根离子放电，亚硫酸根通过离子交换膜进入右侧，被氧化为硫酸，分亚硫酸氢根离子会和氢离子反应生成二氧化硫气体，阳极电极反应式为：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂，
故答案为：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑．

点评 本题考查化学平衡计算、化学平衡图象、平衡常数、反应热计算、电解原理等，是对学生综合能力的考查，难度中等．