Question

碳及其化合物与人类生产、生活密切相关．请回答下列问题：
（1）在化工生产过程中，少量CO的存在会引起催化剂中毒．为了防止催化剂中毒，常用SO₂将CO氧化，SO₂被还原为S．
已知：C（s）+

1

2

O₂（g）═CO（g）△H₁=-126.4kJ/mol
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H₂=-393.5kJ?mol^-1
S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H₃=-296.8kJ?mol^-1
则SO₂氧化CO的热化学反应方程式：

 

（2）CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
 ①CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图1所示，该反应△H

 

0（填“＞”或“＜”）．

图2表示CO的转化率与起始投料比[

n(H2)

n(CO)

]、温度的变化关系，
曲线I、Ⅱ、Ⅲ对应的平衡常数分别为K₁、K₂、K₃，则K₁、K₂、K₃的大小关系为

 

；测得B（X，60）点氢气的转化率为40%，则x₁=

 

．
 ②在恒容密闭容器里按体积比为1：2充入一氧化碳和氢气，一定条件下反应达到平衡状态．当改变反应的某一个条件后，下列变化能说明平衡一定向正反应方向移动的是

 

（填序号）．
A．正反应速率先增大后减小              B．逆反应速率先增大后减小
C．化学平衡常数K值增大                D．反应物的体积百分含量增大
E．混合气体的密度增大
③一定条件下，将2mol CO和2mol H₂置于容积为2L固定的密闭容器中发生上述反应，反应达到平衡时CO与H₂体积之比为2：1，则平衡常数K=

 

．
（3）最新研究发现，用隔膜电解法可以处理高浓度乙醛废水．
原理：使用惰性电极电解，乙醛分别在阴、阳极转化为乙醇和乙酸，
总反应为：2CH₃CHO+H₂O?CH₃CHOH+CH₃CHOOH．
实验室中，以一定浓度的乙醛-Na₂SO₄溶液为电解质溶液，模拟乙醛废水的处理过程，其装置示意图如图所示：

 ①电解过程中，两极除分别生成乙酸和乙醇外，均产生无色气体，阳极电极反应分别为：
4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O；

 

．
 ②在实际工艺处理过程中，阴极区乙醛的去除率可达60%．若在两极区分别注入1m³乙醛的含量为300mg/L的废水，可得到乙醇

 

 kg（计算结果保留2位小数）

Answer 1

考点：热化学方程式,化学平衡常数的含义,化学平衡的影响因素,转化率随温度、压强的变化曲线,电解原理

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
（2）①依据定一议二的方法分析图象变化，温度越高，一氧化碳转化率越小，升温平衡逆向进行；设起始量氢气为x，一氧化碳物质的量为y，依据转化率分析计算；
②当正逆反应速率不相等时，化学平衡会向着正方向或是逆方向进行；
③依据平衡三段式列式计算平衡浓度，结合平衡常数概念计算；
（3）①阳极上失电子发生氧化反应，阴极上得电子发生还原反应；
②先根据废水的质量、乙醛的去除率计算去除乙醛的质量，再根据乙醛和乙醇的关系式计算生成乙醇的质量．

解答： 解：（1）已知：①C（s）+

1

2

O₂（g）═CO（g）△H₁=-126.4kJ/mol
②C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H₂=-393.5kJ?mol^-1
③S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H₃=-296.8kJ?mol^-1
依据盖斯定律计算②×2-①×2-③得到SO₂氧化CO的热化学反应方程式：SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-237.4kJ?mol^-1；
故答案为：SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-237.4kJ?mol^-1；
（2）①依据定一议二的方法分析图象变化，温度越高，一氧化碳转化率越小，升温平衡逆向进行，逆向是吸热反应，正反应为放热反应，△H＜0，温度越高平衡逆向进行，平衡常数减小，所以 K₁＞K₂＞K₃，设起始量氢气为x，一氧化碳物质的量为y；
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
y       x          0
0.6y   0.4x       
则0.6y：0.4x=1：2
x：y=3
故答案为：＜； K₁＞K₂＞K₃；3；
②化学平衡的标志是正逆反应速率相等，当逆反应速率大于正反应速率时，说明反应是逆向进行的，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0；
A．正反应速率先增大后减小，说明反应正向进行，故A正确；              
B．逆反应速率先增大后减小，说明反应逆向进行，故B错误；
C．化学平衡常数K值增大，说明平衡正向进行，故C正确；                
D．反应物的体积百分含量增大，可能逆向进行，也可能正向进行，不能说明反应正向进行，故D错误；
E．恒容容器中加入生成物，平衡逆向进行，气体质量增大，条件不变，混合气体的密度增大，故E错误；
故答案为：AC；
③一定条件下，将2mol CO和2mol H₂置于容积为2L固定的密闭容器中发生上述反应，反应达到平衡时CO与H₂体积之比为2：1，设消耗一氧化碳浓度为x，
则            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L） 1       1           0
变化量（mol/L） x       2x          x
平衡量（mol/L）1-x     1-2x         x
（1-x）：（1-2x）=2：1
x=

1

3

则平衡常数K=

1 3

(1- 1 3 )(1- 2 3 )2

=4.5 L²?mol^-2；
故答案为：4.5 L²?mol^-2；
（3）①电解过程中，阳极上失电子发生氧化反应，阴极上得电子发生还原反应，所以阳极上乙醛和氢氧根离子放电，所以除了氢氧根离子失电子外，乙醛失电子发生氧化反应，电极反应式为CH₃CHO-2e^-+H₂O=CH₃COOH+2H⁺；阴极上得电子，得电子的微粒有氢离子和乙醛，氢离子得电子生成氢气，电极反应式为4H⁺+4e^-=2H₂↑，
故答案为：CH₃CHO-2e^-+H₂O=CH₃COOH+2H⁺；
②设生成乙醇的质量是x，
废水中乙醛的质量为1m³×0.3Kg/m³=0.3Kg，乙醛的去除率为60%，则反应的乙醛为0.18Kg，
CH₃CHO+2e^-+2H₂O═CH₃CH₂OH+2OH^-
44               46
0.18kg            x
x=0.19kg
故答案为：0.19．

点评：本题考查了热化学方程式书写和盖斯定律计算应用，化学平衡、平衡常数计算影响因素分析判断，图象分析理解应用，难度不大，注意燃料电池电极反应式的书写要结合电解质溶液．