题目内容

【题目】COSO2是大气污染气体,利用化学反应是治理污染的重要方法。

Ⅰ.甲醇可以补充和部分替代石油燃料,缓解能源紧张,利用CO可以合成甲醇:CO+2H2CH3OH(g)。一定条件下,在容积为VL的密闭容器中充入a mol CO2a mol H2合成甲醇,平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。

(1)下列能说明反应达到平衡状态的是_______(填序号)。

v(CO)=2v(H2)

c(CO)=c(CH3OH)

③混合气体的平均相对分子质量不变

④单位时间内生成2n mol H2的同时生成n mol CH3OH

(2)该反应在A点的平衡常数K_________(用aV表示)。

(3)写出既能增大v(CO)又能提高CO转化率的一项措施:________

Ⅱ.某学习小组以SO2为原料,采用电化学方法制取硫酸。

(4)原电池原理:该小组设计的原理示意图(如图1所示),写出该电池正极的电极反应式_______

(5)电解原理:该小组用Na2SO3溶液充分吸收SO2得到NaHSO3溶液,然后电解该溶液制得了硫酸(原理如图2所示)。写出开始电解时阳极的电极反应式_______

Ⅲ.硫代硫酸钠(Na2S2O3)俗称大苏打,有着广泛的用途。用SO2可制Na2S2O3。某小组同学制备、预测并探究硫代硫酸钠的性质(反应均在溶液中进行)。

预测

实验操作

实验现象

探究1

Na2S2O3溶液呈碱性

pH试纸放在玻璃片上,用玻璃棒蘸取溶液滴在试纸上

pH=8

探究2

Na2S2O3具有还原性

向新制氯水中滴加Na2S2O3溶液

黄绿色颜色变浅,甚至褪去

(6)分析SO2能制备Na2S2O3的理论依据是_________

(7)用离子方程式表示Na2S2O3溶液具有碱性的原因_________

(8)探究2反应的离子方程式为_________

【答案】③④ 压缩体积或增大压强 O2+4e-+4H+=2H2O HSO3-+H2O-2e-=SO42-+3H+ 从氧化还原反应角度分析,SO2S元素化合价为+4Na2S2O3S元素化合价为+2S的化合价降低,加入合适的还原剂如S等就能实现转化 S2O32-+H2OHS2O3-+OH- S2O32-+4Cl2+5H2O=2SO42-+10H++8Cl-

【解析】

(1)可逆反应到达平衡时,同种物质的正逆速率相等且保持不变,各组分的浓度、含量保持不变,由此衍生的其它一些量不变,判断平衡的物理量应随反应进行发生变化,该物理量由变化到不再变化说明到达平衡;

(2)该反应的平衡常数K=,利用物质反应转化关系将A点时各物质的平衡浓度代入表达式中可得;

(3)影响反应速率的因素有温度、浓度、压强和催化剂,影响平衡移动的因素有温度、浓度和压强,提高CO转化率,应使平衡正向移动;

II.(4)依据原电池原理,负极是失电子发生氧化反应,二氧化硫失电子生成硫酸的过程;

(5)根据化合价变化判断阳极反应物质,写出阳极反应式;

III.(6)分析SO2Na2S2O3S元素化合价变化情况,结合氧化还原反应原理解答;

(7)Na2S2O3是强碱弱酸盐,水解显碱性;

(8)验证Na2S2O3具有还原性,通过观察新制氯水的变色情况验证。

I.(1)①2v(CO)=v(H2)说明反应达到平衡状态,但v(CO)=2v(H2)v说明反应逆向进行,①错误;

c(CO)=c(CH3OH)时反应可能处于平衡状态,也可能未处于平衡状态,不能说明正、逆反应速率关系,不能据此判断反应是否处于平衡状态,②错误;

③该反应是气体体积不相等的反应,所以混合气体的平均相对分子质量不变,说明气体的总物质的量不变,反应达到平衡状态,③正确;

④单位时间内生成2n mol H2的同时生成n mol CH3OH,说明v(H2)=2v(CH3OH),说明反应达到平衡状态,④正确;

故合理选项是③④;

(2)对于反应CO+2H2CH3OH(g),反应开始时n(CO)=a moln(H2)=2a molA点达到平衡时CO转化率为75%,则反应的CO的物质的量为a mol×75%=0.75a mol,反应的H2的物质的量是0.75a mol×2=1.5a mol,反应产生CH3OH的物质的量为0.75a mol,则平衡时各种气体的物质的量为n(CO)=a mol-0.75a mol=0.25a moln(H2)=2a mol-1.5a mol=0.5a moln(CH3OH)=0.75amol,由于容器的容积为V L,所以在该条件下,反应的化学平衡常数K=

(3)既能增大v(CO)又能提高CO转化率,应使平衡正向移动,由于正反应放热,则应采取压缩容器的体积或增大压强的方法;

II.(4)该原电池中,负极上SO2失电子被氧化生成硫酸,正极上O2得到电子被还原,与溶液中的H+结合生成H2O,所以正极上的电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O

(5)电解池中阳极和电源正极相连,失去电子,发生氧化反应,电解NaHSO3溶液可制得硫酸,硫的化合价升高,所以阳极是HSO3-溶液失去电子被氧化生成SO42-,则阳极电极反应式是:HSO3-+H2O-2e-=SO42-+3H+

III.(6)SO2Na2S2O3S元素化合价由+4→+2,化合价降低,根据氧化还原反应规律可知:加入还原性的物质如SNa2S等,就能实现SO2Na2S2O3的转化;

(7)Na2S2O3是强碱弱酸盐,S2O32-水解消耗水电离产生的H+,最终达到平衡时溶液中c(OH-)>c(H+),所以溶液显碱性,H2S2O3是二元弱酸,所以S2O32-水解分步进行,但以第一步为主,水解的离子方程式为S2O32-+H2OHS2O3-+OH-

(8)新制氯水的主要成分为Cl2Cl2氧化S2O32-生成SO42-Cl2得到电子被还原为Cl-,使氯水颜色变浅,甚至褪去,所以离子方程式为S2O32-+4Cl2+5H2O=2SO42-+10H++8Cl-

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(1)已知:CO2(g)+H2(g)H2O(g) +CO(g)  ΔH1 = +41.1 kJmol1

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)  ΔH2=90.0 kJmol1

CO2催化氢化合成甲醇的热化学方程式:______________________

(2)工业上一般在恒容密闭容器中可以采用下列反应合成甲醇:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。判断反应达到平衡状态的依据是(填字母序号)________.

A.生成CH3OH的速率与消耗CO的速率相等 B.混合气体的密度不变

C.混合气体的相对平均分子质量不变 D.CH3OHCOH2的浓度都不再发生变化

(3)如表所列数据是反应在不同温度下的化学平衡常数(K)

温度℃

250

300

350

K

2.041

0.270

0.012

①该反应的化学平衡常数表达式为K_____

②由表中数据判断该反应的H_____0(“=””)

③某温度下,将2molCO6molH2充入2L的密闭容器中,充分反应后,达到平衡时测得c(CO)=0.2mol/L,则此时的温度为___________℃。

(4)要提高CO的转化率,可以采取的措施是(填字母序号)__________________.

a.增加CO的浓度 b.加入催化剂 c.升温 d.加入H2 e.加入惰性气体 f.分离出甲醇

(5)在一定条件下,CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH-49.0 kJ·mol1体系中CO2的平衡转化率()LX的关系如图所示,LX分别表示温度或压强。

X表示的物理量是_____

②判断L1L2的大小关系:L1_____L2(“<”“=”“>”),并简述理由:____________________

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