Question

12．空气中的污染物主要来源为燃煤、机动车尾气等．因此，CO、SO₂、NO_x等进行研究具有重要意义．请回答下列问题：
（1）有人设想，用硫SO₂-碘循环分解水制氢，主要涉及下列反应：
ⅠSO₂+2H₂O+I₂=H₂SO₄+2HI
Ⅱ2HI（g）?H₂（g）+I₂（g）
Ⅲ2H₂SO₄ （l ）?2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）
①一定温度下，向2L密闭容器中加入1molHI（g），发生反应Ⅱ，H₂物质的量随时间的变化如图所示．
0-2min内的平均反应速率v（HI）=0.05mol/（L•min），
相同温度下，若向2L密闭容器中开始加入的HI（g）物质的量是原来的2倍，则AB是原来的2倍．（填字母编号）
A．平衡时I₂的物质的量        B．HI的平衡浓度
C．达到平衡的时间              D．平衡时H₂的体积分数
②反应Ⅲ平衡常数表达式为K=c²（SO₂）．c（O₂）．c²（H₂O），能说明该反应恒容下达到平衡的标志是BC（填字母）
A． 2v正（SO₂）=v逆（O₂）               B．密闭容器中总压强不变
C．密闭容器中混合气体的密度不变         D．密闭容器中氧气的体积分数不变
③在CuCl₂热溶液中通入SO₂气体可制备CuCl沉淀，写出该反应的离子方程式2Cu²⁺+2Cl^-+SO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuCl↓+4H⁺+SO₄^2-
（2）为减少CO、SO₂污染的排放，常采取的措施有：
①将煤转化为清洁气体燃料．
已知：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂═H₂O（g）△H=-241.8kJ•mol^-1
C（s）+$\frac{1}{2}$O₂═CO（g）△H=-110.5kJ•mol^-1
写出焦炭与水蒸气反应的热化学方程式：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）；△H=+131.3kJ/mol．
②在含硫燃料中加入石灰石，燃煤生成的SO₂即可转化为CaSO₄．化学方程式为2SO₂+2CaCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CaSO₄+2CO₂．
（3）汽车尾气中NO_x和CO的生成及转化
①燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去：2CO（g）=2C（s）+O₂（g）
已知该反应的△H＞0，简述该设想不能实现的依据：该反应是焓增熵减的反应，所以在任何温度下都不自发．
②已知汽缸中生成NO的反应为：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0
若1mol空气含0.8molN₂和0.2molO₂，1300℃时在密闭容器内反应达到平衡，测得NO为8×10^-4mol．计算该温度下的平衡常数K=4×10^-6．
③目前，在汽车尾气系统中装置催化转化器可减少CO和NO的污染，其化学反应方程式为2CO+2NO$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO₂+N₂．

Answer 1

分析 （1）①根据图知，达到平衡时n（H₂）=0.1mol，根据方程式知，消耗的n（HI）=2n（H₂）=2×0.1mol=0.2mol，v（HI）=$\frac{\frac{△n（HI）}{V}}{△t}$； 相同温度下，若向2L密闭容器中开始加入的HI（g）物质的量是原来的2倍，相当于增大压强平衡不移动，则HI的转化率不变；
②化学平衡常数等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比；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；
③在加热条件，氯化铜和二氧化硫发生氧化还原反应生成CuCl、硫酸；
（2）①i．H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂═H₂O（g）△H=-241.8kJ•mol^-1
ii．C（s）+$\frac{1}{2}$O₂═CO（g）△H=-110.5kJ•mol^-1
将方程式ii-i得C （s）+H₂O（g）═CO （g）+H₂ （g），焓变进行相应的改变；
②加热条件下，二氧化硫、碳酸钙和氧气反应生成硫酸钙和二氧化碳；
（3）①G=△H-T△S＜0时，反应才能自发进行；
②设容器体积为1L，
             N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）
开始（mol/L）0.8     0.2              0
反应（mol/L）4×10^-4 4×10^-4 8×10^-4
平衡（mol/L）0.8-4×10^-4 0.2-4×10^-48×10^-4
化学平衡常数K等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比；
③在催化剂条件下，CO和NO反应生成二氧化碳和氮气．

解答 解：（1）①根据图知，达到平衡时n（H₂）=0.1mol，根据方程式知，消耗的n（HI）=2n（H₂）=2×0.1mol=0.2mol，v（HI）=$\frac{\frac{△n（HI）}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{0.2}{2}}{2}$mol/（L．min）=0.05mol/（L．min）； 相同温度下，若向2L密闭容器中开始加入的HI（g）物质的量是原来的2倍，相当于增大压强平衡不移动，则HI的转化率不变，所以平衡时碘物质的量、HI浓度都是原来的2倍，所用时间缩短、氢气体积分数不变，
故答案为：0.05；AB；
②该反应平衡常数表达式为K=c²（SO₂）．c（O₂）．c²（H₂O），
A．当v正（SO₂）=2v逆（O₂） 时反应达到平衡状态，所以 2v正（SO₂）=v逆（O₂）时反应没有达到平衡状态，故错误；              
B．反应前后气体总物质的量增大，所以反应前后压强增大，当密闭容器中总压强不变时，正逆反应速率不变，反应达到平衡状态，故正确；
C．反应前后气体质量增大、容器体积不变，所以反应前后气体密度增大，当密闭容器中混合气体的密度不变时，正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故正确；       
 D．无论反应是否达到平衡状态，密闭容器中氧气的体积分数始终不变，不能据此判断平衡状态，故错误；
故答案为：K=c²（SO₂）．c（O₂）．c²（H₂O）；BC；
③氯化铜和二氧化硫发生氧化还原反应生成CuCl和硫酸，离子方程式为2Cu²⁺+2Cl^-+SO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuCl↓+4H⁺+SO₄^2-，
故答案为：2Cu²⁺+2Cl^-+SO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuCl↓+4H⁺+SO₄^2-；
（2）①i．H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂═H₂O（g）△H=-241.8kJ•mol^-1
ii．C（s）+$\frac{1}{2}$O₂═CO（g）△H=-110.5kJ•mol^-1
将方程式ii-i得C （s）+H₂O（g）═CO （g）+H₂ （g），△H=（-110.5kJ•mol^-1）-（-241.8kJ•mol^-1
）=+131.3kJ/mol；
故答案为：C （s）+H₂O（g）═CO （g）+H₂ （g）；△H=+131.3kJ/mol；
②高温条件下，二氧化硫和碳酸钙、氧气反应生成硫酸钙和二氧化碳，反应方程式为2SO₂+2CaCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CaSO₄+2CO₂，
故答案为：2SO₂+2CaCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CaSO₄+2CO₂；
（3）①反应是焓增、熵减的反应，△G=△H-T△S＞0，所以任何温度下都不自发，
故答案为：该反应是焓增熵减的反应，所以在任何温度下都不自发；
②设容器体积为1L，
             N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）
开始（mol/L）0.8     0.2              0
反应（mol/L）4×10^-4 4×10^-4 8×10^-4
平衡（mol/L）0.8-4×10^-4 0.2-4×10^-48×10^-4
K=$\frac{（8×1{0}^{-4}）^{2}}{（0.8-4×1{0}^{-4}）．（0.2-4×1{0}^{-4}）}$=4×10^-6，
故答案为：4×10^-6；
③在催化剂条件下，CO和NO反应生成二氧化碳和氮气，反应方程式为2CO+2NO$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO₂+N₂，
故答案为：2CO+2NO$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO₂+N₂．

点评 本题考查化学平衡计算、盖斯定律等知识点，侧重考查学生分析计算能力，注意：反应前后气体计量数之和不变的可逆反应中增大压强平衡不移动，反应物转化率不变．