Question

2．（1）298K时，在2L固定体积的密闭容器中，发生可逆反应：2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H＜0．N₂O₄的物质的量浓度随时间变化如图1，达平衡时，N₂O₄的浓度为NO₂的2倍，回答下列问题：

①该反应在降低温度能自发进行（填“较高温度”或“较低温度”）．
②下列情况不是处于平衡状态的是a．
a．混合气体的密度保持不变    b．混合气体的颜色不再变化    c．气压恒定时
③若反应在398K进行，某时刻测得n（NO₂）=0.6mol    n（N₂O₄）=1.2mol，则：此时v_（正）＜v_（逆）（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）工业上“除钙、镁”的原理反应为：MgSO₄+2NaF=MgF₂↓+Na₂SO₄； CaSO₄+2NaF=CaF₂↓+Na₂SO₄．己知Ksp （CaF₂）=1.11×10^-10，Ksp （MgF₂）=7.40×l0^-11，加入过量NaF溶液反应完全后过滤，则滤液中$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$=1.5．
（3）电解法可消除甲醇对水质造成的污染，原理是：通电将Co²⁺氧化成Co³⁺，然后Co³⁺将甲醇氧化成CO₂和H⁺（用石墨烯吸附除去Co²⁺）．现用图2装置模拟上述过程，则：Co²⁺在阳极的电极反应式为：Co²⁺-e^-=Co³⁺，除去甲醇的离子方程式为6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂+6Co²⁺+6H⁺．

Answer 1

分析 （1）①该反应是一个焓变小于0、熵减的反应，依据△G=△H-T△S是否小于0；
②可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，反应体系中各物质的物质的量、物质的量浓度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不变；
③293K时平衡时该反应中c（N₂O₄）=0.6mol/L，c（NO₂）=0.3mol/L，化学平衡常数K=$\frac{0.6}{0．{3}^{2}}$=$\frac{20}{3}$，反应为放热反应，升高温度，K值减小，计算可知此时的浓度商Q=K（298K）＞K（398K），反应向逆反应方向移动；
（2）$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$=$\frac{\frac{{K}_{sp}（Ca{F}_{2}）}{{c}^{2}（{F}^{-}）}}{\frac{{K}_{sp}（Mg{F}_{2}）}{{c}^{2}（{F}^{-}）}}$=$\frac{{K}_{sp}（Ca{F}_{2}）}{{K}_{sp}（Mg{F}_{2}）}$；
（3）．Co²⁺在阳极上失电子发生氧化反应；甲醇被Co³⁺氧化生成二氧化碳、氢离子和Co²⁺．

解答 解：（1）①该反应是一个焓变小于0、熵减的反应，△G=△H-T△S可以小于0，所以可以在较低温度下进行，故答案为：较低温度；
②a．反应物和生成物全是气态物质，气体的质量不变，容积为2L保持恒定，由ρ=$\frac{m}{V}$可知气体的密度为一定值，因此气体的密度保持不变不一定处于平衡状态，故a选；
b．混合气体的颜色不变说明NO₂的浓度不变，说明反应处于化学平衡状态，故b不选；
c．反应2NO₂（g）?N₂O₄（g）是一个气体体积减小的反应，气压恒定时，正、逆反应速率相等，说明反应处于化学平衡状态，故c不选；
故答案为：a；
③293K时平衡时该反应中c（N₂O₄）=0.6mol/L，c（NO₂）=0.3mol/L，升高温度平衡逆向进行，化学平衡常数减小，化学平衡常数K=$\frac{0.6}{0．{3}^{2}}$=$\frac{20}{3}$，393K时浓度商Q=$\frac{0.6}{0．{3}^{2}}$=$\frac{20}{3}$=K（298K）＞K（398K），则反应向逆反应方向移动，故：V_（正）＜V_（逆），
故答案为：＜；
（2）$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$=$\frac{\frac{{K}_{sp}（Ca{F}_{2}）}{{c}^{2}（{F}^{-}）}}{\frac{{K}_{sp}（Mg{F}_{2}）}{{c}^{2}（{F}^{-}）}}$=$\frac{{K}_{sp}（Ca{F}_{2}）}{{K}_{sp}（Mg{F}_{2}）}$=$\frac{1.11×1{0}^{-10}}{7.40×1{0}^{-11}}$=1.5，
故答案为：1.5；
（3）Co²⁺在阳极上失电子发生氧化反应，电极反应式为Co²⁺-e^-=Co³⁺；甲醇被Co³⁺氧化生成二氧化碳、氢离子和Co²⁺，离子方程式为6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂+6Co²⁺+6H⁺，
故答案为：Co²⁺-e^-=Co³⁺；6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂+6Co²⁺+6H⁺．

点评 本题涉及化学平衡计算、难溶物溶解平衡、电解原理等知识点，侧重考查学生分析计算能力，明确化学反应原理是解本题关键，会根据浓度商与化学平衡常数相对大小确定反应方向，题目难度不大．