Question

19．化学在解决雾霾污染中有着重要的作用，雾霾由多种污染物形成，其中包含颗粒物（包括PM2.5）、氮氧化物（NO_x）、CO、SO₂等．

（1）已知：
NO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?NO₂（g）△H=-56.5kJ•mol^-1
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol-1
则反应NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H=-41.8kJ•mol-¹
一定条件下，将NO₂与SO₂以体积比1：2置于恒温恒容的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有b．
a．混合气体的平均相对分子质量       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1mol SO₃的同时生成1mol NO₂
（2）CO综合利用．
①CO用于合成甲醇反应方程式为：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），若起始投入1molCO，2mol H₂，CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图1．得知该反应△H＜0，该反应实际生产条件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右最为适宜．
②电解CO制备CH₄，电解质为碳酸钠溶液，工作原理如图2所示，写出阴极区电极反应式CO+6e^-+5H₂O=6OH^-+CH₄．

Answer 1

分析 （1）利用盖斯定律计算反应热，得到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，由此衍生的一些物理量也不变；
（2）①图象分析可知压强一定，温度升高CO转化率减小，说明升温平衡逆向进行，逆向是吸热反应，温度在250°一氧化碳转化率高，反应速率大；
②由此电解原理可知，阳极失去电子生成二氧化碳气体，加入碳酸钠，碳酸钠与二氧化碳反应生成碳酸氢钠，阴极CO得到电子生成甲烷气体．

解答 解：（1）①NO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═NO₂（g）△H=-56.5kJ•mol^-1
②2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
将方程式（②-①×2）×$\frac{1}{2}$得：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H=-41.8kJ/mol，
a．随反应：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的进行，气体的质量和物质的量都不变，混合气体的平均相对分子质量始终不变，不能说明到达平衡状态，故a错误；
b．混合气体颜色保持不变，说明二氧化氮的浓度不变，说明到达平衡状态，故b正确；
c．随反应进行，SO₃和NO都是生成物，所以体积比一直等于系数比，所以SO₃和NO的体积比保持不变，不能说明到达平衡状态，故c错误；
d．每生成1molSO₃的同时消耗1molNO₂都表示逆反应速率，反应自始至终都按此比例进行，故d错误；
故答案为：-41.8；b；
（2）①图象分析可知压强一定，温度升高CO转化率减小，说明升温平衡逆向进行，逆向是吸热反应，正向为放热反应，△H＜0，图象分析可知，温度在250°一氧化碳转化率高，反应速率大，
故答案为：＜；250；
②由此电解原理可知，阳极失去电子生成二氧化碳气体，加入碳酸钠，碳酸钠与二氧化碳反应生成碳酸氢钠，阴极CO得到电子生成甲烷气体，据此离子反应方程式为：4CO+3CO₃^2-+5H₂O=6HCO₃^-+CH₄↑，阴极区电极反应式为：CO+6e^-+5H₂O=6OH^-+CH₄，
故答案为：CO+6e^-+5H₂O=6OH^-+CH₄．

点评 本题考查较为综合，为高考常见题型，侧重于学生的分析能力、计算能力的考查，题目涉及热化学方程式书写，化学平衡影响因素分析判断，原电池原理和电极反应书写方法，题目难度中等．