Question

18．运用化学反应原理知识研究如何利用CO、SO₂等污染物有重要意义．
（1）用CO可以合成甲醇．已知：
CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.5kJ•mol^-1
CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1
则CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.1kJ•mol^-1．
（2）在一定压强下，容积为V L的容器中充入a mol CO与2a mol H₂，在催化剂作用下反应生成甲醇，平衡转化率与温度、压强的关系如图1所示．
①p₁小于p₂（填“大于”、“小于”或“等于”）；
②100℃时，该反应的化学平衡常数K=$\frac{V{\;}^{2}}{a{\;}^{2}}$；
（3）某科研小组用SO₂为原料制取硫酸．
①利用原电池原理，用SO₂、O₂和H₂O来制备硫酸，该电池用多孔材料作电极，它能吸附气体，同时也能使气体与电解质溶液充分接触．请写出该电池负极的电极反应式：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺．
②用Na₂SO₃溶液充分吸收SO₂得NaHSO₃溶液，然后电解该溶液可制得硫酸．电解原理示意图如图2．请写出开始时阳极反应的电极反应式：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺．

Answer 1

分析 （1）①CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.5kJ•mol^-1
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1，
依据盖斯定律②+③×2-①进行计算；
（2）①相同温度下，同一容器中，增大压强，平衡向正反应方向移动，则CO的转化率增大；
②该温度下，平衡时n（CO）=amol×（1-0.5）=0.5amol，n（CH₃OH）=c（CO）（参加反应）=amol×0.5=0.5amol，n（H₂）=2amol-2×amol×0.5=amol，则根据化学平衡常数K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）×c{\;}^{2}（H{\;}_{2}）}$进行计算；
（3）①依据原电池原理，负极是失电子发生氧化反应，二氧化硫失电子生成硫酸的过程；
②根据化合价变化判断阳极反应物质，写出阳极反应式．

解答 解：（1）①CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.5kJ•mol^-1
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1，
依据盖斯定律②+③×2-①得：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H，则△H=△H₂+2△H₃-△H₁=-90.1KJ/mol；
故答案为：-90.1；
（2）①相同温度下，同一容器中，增大压强，平衡向正反应方向移动，则CO的转化率增大，根据图象知，p₁小于p₂，故答案为：小于；
②该温度下，平衡时n（CO）=amol×（1-0.5）=0.5amol，n（CH₃OH）=c（CO）（参加反应）=amol×0.5=0.5amol，n（H₂）=2amol-2×amol×0.5=amol，则c（CO）=$\frac{0.5a}{V}$mol/L、c（CH₃OH）=$\frac{0.5a}{V}$mol/L、c（H₂）=$\frac{a}{V}$mol/L，化学平衡常数K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）×c{\;}^{2}（H{\;}_{2}）}$=$\frac{\frac{0.5a}{V}}{\frac{0.5a}{V}×\frac{a{\;}^{2}}{V{\;}^{2}}}$=$\frac{V{\;}^{2}}{a{\;}^{2}}$，故答案为：$\frac{V{\;}^{2}}{a{\;}^{2}}$；
（3）①该原电池中，负极上失电子被氧化，二氧化硫到硫酸，硫的化合价升高，所以负极上投放的气体是二氧化硫，二氧化硫失电子和水反应生成硫酸根离子和氢离子，所以负极上的电极反应式为：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，
故答案为：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；
②电解池中阳极和电源正极相连，失去电子，发生氧化反应，电解NaHSO₃溶液可制得硫酸，硫的化合价升高，所以阳极是HSO₃^-溶液失去电子被氧化生成SO₄^2-，则阳极电极反应式是：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺；
故答案为：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺．

点评 本题主要考查了盖斯定律、可逆反应转化率随温度和压强变化的曲线以及原电池原理和电解原理的应用，注意电极反应的书写方法，掌握基础是关键，题目难度中等．