Question

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                。

（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：                              。

（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。

温度/℃	400	500	800
平衡常数K	9.94	9	1

 

则该反应的正反应方向是      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      。

（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       ：

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，再用下图装置电解(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：                ，阳极区逸出气体的成分为        （填化学式）。

 

 

Answer 1

【答案】

（1）（共2分）    

（2）(共2分)  △H₃ =△H₁+△H₂ 或△H₁=△H₃﹣△H₂ 或△H₂ =△H₃﹣△H₁

（3）(共5分)  放热 (2分)   75%  （3分）

（4）(共2分)  E   （不能选B，因为压强大过一倍以上时，压缩引起的颜色变化大过移动引起的颜色变化，所以C点比A点颜色深；温度相同,则平衡常数相同）

（5）(共4分)  4OH ^- - 4e^-=2H₂O+O₂↑   (2分)       O₂、SO₂  (2分)

（说明：阴离子放电顺序S^2->I^->Br^->Cl^->OH^->含氧酸根（SO₃^2->SO₄^2->NO₃^-）>F^- ；阳离子放电顺序：Ag⁺>Hg²⁺>Fe³⁺>Cu²⁺>H⁺（酸性溶液）>Pb²⁺>Sn²⁺>Fe²⁺>Zn²⁺（>水解产生的H⁺）>Al³⁺>Mg²⁺>Na⁺>Ca²⁺>K⁺；溶液中电极电位：4OH^—4e^-=O₂+2H₂O  E=﹣0.401 V；SO₃^2-+2OH^-=SO₄^2-+H₂O  E=+0.90V。所以：在阴极是H⁺放电，在阳极是OH^-放电不是SO₃^2-；由于放电速度很快，离子移动速度较慢，阴极区OH^-放电后多出的H⁺立即与SO₃^2-反应放出SO₂气体，阴极区多出的SO₃^2-通过阴离子交换膜移动过阳极区补充）

【解析】

试题分析：（1）由反应方程式可知C为固体，所以平衡常数的表达式为

（2）根据热化学方程式和盖斯定律得，方程式③=①+②，所以△H₃=△H₁ +△H₂ 。

（3）根据表格中数据可知，随着温度的升高，平衡常数逐渐减小，说明正反应进行的程度逐渐减小，所以平衡逆向移动，正反应为放热反应；500℃时，平衡常数K=9，所以有：

              CO(g)+H₂O(g)  H₂(g) + CO₂(g)，

初始浓度(mol/L) 0.020  0.020       0      0

转化浓度(mol/L) 0.02α    0.02α   0.02α    0.02α

平衡浓度(mol/L) 0.02(1-α) 0.02(1-α) 0.02α    0.02α

所以代入表达式中K=(0.02α)²/ [0.02(1-α)]² =9，解得α=75%，所以CO转化率为75%。

（4）图为不同温度下平衡体系中的NO2体积分数随压强变化曲线图，所以分析：

A：反应速率受温度、浓度、压强等因素影响，C点的压强远大于A，压强越大反应速率越大，C>A，A错误。

B：NO2为红棕色，颜色深浅与浓度大小有关， C点对于A点，增大了压强，平衡逆向移动，NO2减少，但是因为C点压强远大于A点，所以被压缩后浓度增大要大于平衡移动造成的浓度减小，所以C的颜色深，A浅，B错误。

C：B、C两点在不同条件控制下平衡时NO2的体积分数相等，所以气体的总质量和总物质的量相等，平均相对分子质量相等B=C，C项错误。

D：正反应为吸热反应，升高温度平衡正向移动，NO2的体积分数增大，所以加热不能实现状态A到状态B的转化，D项错误。

E：A、C两点在同一温度线上，所以温度相同平衡常数相同，A=C，所以E正确。

故选E。

（5）根据如图电解装置可知，阴极HSO₃^-电离出的H⁺在阴极区得到电子被还原生成了H₂阴极反应式：2H⁺+2e^-=H2↑，而阳极区水电离的OH^-先放电，失去电子生成O₂，阳极反应式：4OH ^- - 4e^-=2H₂O+O₂↑，由于阳极区不断消耗OH-，所以使得阴极区产生的SO₃^2- 不断通过阴离子交换膜，并与阳极溶液中的H⁺反应2H⁺+ SO₃^2- =SO₂↑+H₂O，所以阳极区有氧气产生，也有SO₂产生。而通过离子交换膜的部分SO₃^2- 也会被生成的氧气氧化生成SO₄^2-  ，所以也会不断生成硫酸产品。（说明：阴离子放电顺序S^2->I^->Br^->Cl^->OH^->含氧酸根（SO₃^2->SO₄^2->NO₃^-）>F^- ；阳离子放电顺序：Ag⁺>Hg²⁺>Fe³⁺>Cu²⁺>H⁺（酸性溶液）>Pb²⁺>Sn²⁺>Fe²⁺>Zn²⁺（>水解产生的H⁺）>Al³⁺>Mg²⁺>Na⁺>Ca²⁺>K⁺；溶液中电极电位：4OH^—4e^-=O₂+2H₂O  E=﹣0.401 V；SO₃^2-+2OH^-=SO₄^2-+H₂O  E=+0.90V。所以：在阴极是H⁺放电，在阳极是OH^-放电不是SO₃^2-；由于放电速度很快，离子移动速度较慢，阴极区OH^-放电后多出的H⁺立即与SO₃^2-反应放出SO₂气体，阴极区多出的SO₃^2-通过阴离子交换膜移动过阳极区补充）

考点：本题考查的是化学反应与能量、化学平衡、电解池等知识。