Question

4．运用化学反应原理研究碳、氮、硫等单质及其化合物的反应有重要意义；
（l）甲醇是重要的可再生燃料．已知在常温常压下：
2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
H₂O（g）═H₂O（l））△H=-44.0kJ/mol
则甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ•mol^-1．
（2）利用催化氧化反应将转化为是工业上生产硫酸的关键步骤．
①一定条件下，将SO₂与O₂以体积比2：1置于一体积不变的密闭容器中发生上述反
应，能说明该反应已达到平衡状态的是cd．
a．体系的密度不发生变
b．体系中硫元素的质量百分含量不再变化
c．SO₂与SO₃的体积比保持不变
d 容器内的气体分子总数不再变化
e．单位时问内转移4mol电子，同时消耗2molSO₃
②T℃时，在1L密闭容器中充入0.6molSO₃，如图1表示SO₃物质的量随时间的变化曲线．
达到平衡时，用SO₂ 表示的化学反应速率为0.05mol•L^-1•min^-1； SO₃的转化率为66.7%（保留小数点后-位）：

T℃时，反应2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）的平衡常数为1.25；T℃时，其他条件不变，在8min时压缩容器体积至0.5L，则n（ SO₃）的变化曲线为c（填字母）．
（3）有人设想以N₂和H₂为反应物，以溶有A物质的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固氮的新型燃料电池，装置如图2所示．电池正极的电极反应式是N₂+8H⁺+6e^-=2NH₄⁺电解质溶液的pH增大（填写增大、减小、不变），A．物质是NH₄Cl（写化学式）．

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律，将已知反应$\frac{①-②+③×4}{2}$得到CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）的热化学方程式；
（2）①反应达到平衡状态时，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，以此判断；
②在容积为1L密闭容器中充入0.6molSO₃，由图1平衡时SO₃物质的量为0.2mol，
             2SO₂ +O₂ ?2SO₃，
起始量（mol）  0    0      0.6
变化量（mol） 0.4   0.2    0.4
平衡量（mol） 0.4   0.2    0.2
转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；根据K=$\frac{c（S{O}_{3}）^{2}}{c（S{O}_{2}）^{2}c（{O}_{2}）}$计算；其他条件不变，在8min时压缩容器体积至0.5L，平衡向正反应方向移动，n（SO₃）变大；
（3）电池中氢气失电子，在负极发生氧化反应，氮气得电子在正极发生还原反应，氨气与HCl反应生成氯化铵，则电解质溶液为氯化铵．

解答 解：（1）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
将$\frac{①-②+③×4}{2}$得到CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=[（-1275.6kJ/mol）-（-566.0kJ/mol）+（-44.0kJ/mol）×4]÷2=442.8kJ•mol^-1，
即CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ•mol^-1，
故答案为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ•mol^-1；
（2）①a．气体质量不变，体系的密度不发生变化，不能说明反应达到平衡状态，故a错误；
b．气体质量不变，S元素质量不变，体系中硫元素的质量百分含量不再变化，不能说明反应达到平衡状态，故b错误；
c．SO₂与SO₃的体积比保持不变，可说明反应达到平衡状态，故c正确；
d 容器内的气体分子总数不再变化，说明各物质的浓度不变，说明反应达到平衡状态，故d正确；
e．任何状态下，单位时间内转移4mol 电子，同时消耗2mol SO₃，不能说明反应达到平衡状态，故e错误．
故答案为：cd；
②在容积为1L密闭容器中充入0.6molSO₃，由图1平衡时SO₃物质的量为0.2mol，
              2SO₂+O₂ ?2SO₃，
起始量（mol）  0    0     0.6
变化量（mol） 0.4   0.2    0.4
平衡量（mol） 0.4   0.2    0.2
SO₂ 表示的化学反应速率为$\frac{\frac{0.4mol}{1L}}{8min}$=0.05mol•L^-1•min^-1，
SO₃的转化率为=$\frac{0.4}{0.6}$×100%≈66.7%；
K=$\frac{c（S{O}_{3}）^{2}}{c（S{O}_{2}）^{2}c（{O}_{2}）}$=$\frac{0．{2}^{2}}{0．{4}^{2}×0.2}$=1.25；
其他条件不变，在8min时压缩容器体积至0.5L，平衡向正反应方向移动，n（SO₃）变大，即为图象c，
故答案为：0.05mol•L^-1•min^-1；66.7%；1.25； c；
（3）该电池的本质反应是合成氨反应，电池中氢气失电子，在负极发生氧化反应，氮气得电子在正极发生还原反应，则正极反应式为N₂+8H⁺+6e^-=2NH₄⁺，消耗氢离子，所以电解质溶液的PH增大，氨气与HCl反应生成氯化铵，则电解质溶液为氯化铵溶液，
故答案为：N₂+8H⁺+6e^-=2NH₄⁺；增大；NH₄Cl．

点评 本题考查较为综合，为高考常见题型，侧重于化学平衡的有关知识、电化学的有关知识的考查，注意外界条件对化学平衡的影响以及有关化学计算，试题较灵活，综合性强，难度较大．