Question

8．随着化石能源的大量开采以及污染的加剧，污染气体的治理和开发利用日益迫切．
（1）Bunsen热化学循环制氢工艺由下列三个反应组成；
SO₂（g）+I₂（g）+2H₂O（g）═2HI（g）+H₂SO₄（l）△H=a kJ/mol    ①
2H₂SO₄（l）═2H₂O（g）+2SO₂（g）+O₂（g）△H=b kJ/mol    ②
2HI（g）═H₂（g）+I₂（g）△H=c kJ/mol        ③
则2H₂O（g）═2H₂（g）+O₂（g）△H=（2a+b+2c）kJ/mol
（2）CO₂ 和CH₄ 是两种重要的温室气体，以表面覆盖有Cu₂Al₂O₄ 的二氧化钛为催化剂．可以将CO₂ 和CH₄直接转化为乙酸．

①在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图Ⅰ所示，该反应体系应将温度控制在250℃左右．
②将Cu₂Al₂O₄ 溶解在稀硝酸中的离子方程式为3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O．
（3）甲醇（CH₃OH）被称为21世纪的新型燃料．在体积为V L的某反应容器中，amolCO与2amolH₂ 在催化剂作用下反应生成甲醇：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），CO的平衡转化率与温度的关系如图Ⅱ所示：
①该反应是放热（填“放热”或“吸热”）反应
②在其他条件不变的情况下，反应容器中再增加amol CO与2amolH₂，达到新平衡时，CO的转化率增大（填“增大”、“减小”或“不变”）．
③100℃，反应CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g） 的平衡常数为$\frac{{a}^{2}}{{V}^{2}}$（用含有a、V的代数表示）．
（4）某实验小组设计了如图Ⅲ所示的甲醇燃料电池装置．
①该电池工作时，OH^- 向b （填“a”或“b”）极移动
②工作一段时间后，测得该溶液的pH减小，该电池负极反应的电极反应式为：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）SO₂（g）+I₂（g）+2H₂O（g）═2HI（g）+H₂SO₄（l）△H=a kJ/mol    ①
2H₂SO₄（l）═2H₂O（g）+2SO₂（g）+O₂（g）△H=b kJ/mol    ②
2HI（g）═H₂（g）+I₂（g）△H=c kJ/mol        ③
根据盖斯定律①×2+②+③×2得到2H₂O（g）=2H₂（g）+O₂（g），据此计算；
（2）①由图分析催化剂的催化效率与乙酸的生成速率最高的即为该体系最合适的温度；
②将Cu₂Al₂O₄中Cu为+1甲，溶解在稀硝酸中生成硝酸铜、硝酸铝、NO与水；
（3）①根据温度对化学平衡的影响分析；
②其他条件不变的情况下，反应容器中再增加amol CO与2amolH₂，相当于对两个原平衡压缩体积，即对原平衡增大压强，根据压强对该反应的影响分析；
③先计算反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的K，则反应CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g） 的平衡常数为K的倒数；
（4）①a为正极，b为负极，阴离子移向负极；
②负极为甲醇失去电子被氧化，再结合电解质可写；

解答 解：（1）已知：①SO₂（g）+I₂（g）+2H₂O（g）=2HI （g）+H₂SO₄（l）△H=a kJ•mol^-1
②2H₂SO₄（l）=2H₂O（g）+2SO₂（g）+O₂（g）△H=b kJ•mol^-1
③2HI（g）=H₂（g）+I₂（g）△H=c kJ•mol^-1
依据盖斯定律①×2+②+③×2得到2H₂O（g）=2H₂（g）+O₂（g）△H=（2a+b+2c）KJ/mol；
故答案为：（2a+b+2c）；
（2）①由图可知，250℃左右时，催化剂的催化效率与乙酸的生成速率最高；
故答案为：250；
②将Cu₂Al₂O₄中Cu为+1甲，溶解在稀硝酸中生成硝酸铜、硝酸铝、NO与水，反应离子方程式为：3 Cu₂Al₂O₄+32 H⁺+2 NO₃^-=6 Cu²⁺+6 Al³⁺+2 NO↑+16 H₂O；
故答案为：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O；
（3）①从图知，温度升高，CO的转化率减小，说明平衡逆向移动，反应为放热反应；
故答案为：放热；
 ②其他条件不变的情况下，反应容器中再增加amol CO与2amolH₂，相当于对两个原平衡压缩体积，即对原平衡增大压强，该反应是个气体体积减小的反应，增大压强，平衡正向移动，CO的转化率增大；
故答案为：增大；
  ③由图可知，100℃时，CO的转化率为0.5，则
         CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
n始：a              2a                   0
n转：0.5a         a                    0.5a
n平：0.5a         a                    0.5a
该反应的K=$\frac{（0.5a÷V）}{（0.5a÷V）（a÷V）^{2}}$=$\frac{{V}^{2}}{{a}^{2}}$，100℃，反应CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g） 为原反应的逆反应，则的平衡常数为$\frac{1}{K}$=$\frac{{a}^{2}}{{V}^{2}}$；
故答案为：$\frac{{a}^{2}}{{V}^{2}}$；
（4）①该燃料电池a为正极，b为负极，阴离子移向负极，即b；
故答案为：b；
②负极为甲醇失电子被氧化的反应，电解质为碱性，则负极反应的电极反应式为：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；
故答案为：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O．

点评 本题考查了盖斯定律、化学平衡的有关计算、原电池的原理，题目难度中等，注意分析题中信息，结合基础知识解题．