Question

4．研究CO、NO₂、SO₂等大气污染气体的处理具有重要意义．
（1）I₂O₅可使H₂S、CO、HCl等氧化，常用于定量测定CO的含量．已知：
2I₂（s）+5O₂（g）=2I₂O₅（s）△H=-75.56kJ•mol^-1
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ•mol^-1
写出CO（g）与I₂O₅（s）反应生成I₂（s）和CO₂（g）的热化学方程式：5CO（g）+I₂O₅（s）=5 CO₂（g）+I₂（s）△H=-1377.22kJ/mol．
（2）已知反应：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的△H=-41.8kJ•mol^-1
一定条件下，将NO₂与SO₂以体积比1：2置于密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是b．
a．体系压强保持不变　　　　　　 b．混合气体颜色保持不变
c．SO₃和NO的体积比保持不变　　　d．每消耗1 mol SO₃的同时生成1 mol NO₂
测得上述反应平衡时NO₂与SO₂体积比为1：6，则平衡常数K=$\frac{8}{3}$．
（3）CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
①该反应在40℃和60℃时的平衡常数分别为K₁和K₂，若K₁大于K₂，则该反应为放热反应．（填“放热”或“吸热”）
②该反应的焓变为△H，活化能为E₀，下列能量关系图（图1）合理的是B．
（4）某温度时，根据的H₂浓度随时间的变化曲线，请在同一图（图2）中绘出CH₃OH浓度随时间的变化曲线．

Answer 1

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）根据化学平衡状态的特征：逆、定、动、变、等来判断化学反应是否达到平衡；根据三行式以及化学平衡常数表达式计算化学平衡常数；
（3）①依据平衡常数随温度变化，平衡常数越大，平衡正向进行，温度越高平衡向吸热反应方向进行；
②分析判断反应是放热反应，反应物能量高于生成物，焓变是反应物和生成物之间的能量差值与变化过程无关；
（4）某温度时，根据H₂浓度随时间的变化曲线，氢气浓度减小到平衡不变，甲醇浓度增大到平衡不变，依据物质的量的变化绘出CH₂OH浓度随时间的变化曲线．

解答 解：（1）2 I₂（s）+5O₂（g）=2 I₂O₅（s）；△H=-75.56kJ•mol^-1①，
2CO（g）+O₂（g）=2 CO₂（g）；△H=-566.0kJ•mol^-1②，
将方程式②×$\frac{5}{2}$-①×$\frac{1}{2}$得5CO（g）+I₂O₅（s）=5 CO₂（g）+I₂（s）；△H=（-566.0kJ•mol^-1）×$\frac{5}{2}$-（-75.56kJ•mol^-1）×$\frac{1}{2}$=-1377.22kJ/mol，
所以其热化学反应方程式为：5CO（g）+I₂O₅（s）=5 CO₂（g）+I₂（s）△H=-1377.22kJ/mol，
故答案为：5CO（g）+I₂O₅（s）=5 CO₂（g）+I₂（s）△H=-1377.22kJ/mol；
（2）本反应是反应前后气体分子数不变的反应，故体系的压强保持不变，故a不能说明反应已达到平衡状态；随着反应的进行，NO₂的浓度减小，颜色变浅，故b可以说明反应已达平衡；SO₃和NO都是生成物，比例保持1：1，故c不能作为平衡状态的判断依据；d中所述的两个速率都是逆反应速率，不能作为平衡状态的判断依据，故选b；          
                           NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
 起始物质的体积       a              2a             0           0
转化物质的体积         x            x                x            x
平衡物质的体积      a-x          2a-x              x            x
则（a-x）：（2a-x）=1：6，故x=$\frac{4}{5}$a，故平衡常数为=$\frac{{x}^{2}}{（a-x）（2a-x）}$=$\frac{8}{3}$．
故答案为：b；$\frac{8}{3}$；
（3）反应方程式为CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
①该反应在40℃和60℃时的平衡常数分别为K₁和K₂，若K₁大于K₂，说明温度升高平衡常数减小，平衡逆向进行，正反应是放热反应；
故答案为：放热；
②反应是放热反应，反应物能量高于生成物，焓变是反应物和生成物之间的能量差值；
A、反应物能量低于生成物反应是吸热反应，故A错误；
B、反应物能量高于生成物是放热反应，焓变符合，活化能是正反应的活化能，故B正确；
C、反应物能量高于生成物是放热反应，焓变符合，活化能不是正反应的活化能，故C错误；
D、反应物能量低于生成物反应是吸热反应，故D错误；
故答案为：B；
（4）某温度时，根据图象中的H₂浓度随时间的变化曲线，氢气浓度减小到平衡不变，甲醇浓度增大到平衡不变，依据氢气的浓度和化学方程式计算甲醇浓度的增加描点画出图象，（0.01，0.02）（0.02，0.04）（0.03，0.06），（0.04，0.08）绘出CH₂OH浓度随时间的变化曲线为：；故答案为：．

点评 本题考查了热化学方程式和盖斯定律计算应用，化学平衡影响因素的分析判断，化学平衡的计算应用，图象分析绘制，题目难度中等．