Question

18．運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理知識(shí)研究如何利用CO、SO₂等污染物有重要意義．
（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
則CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.1kJ•mol^-1．
（2）在一定壓強(qiáng)下，容積為V L的容器中充入a mol CO與2a mol H₂，在催化劑作用下反應(yīng)生成甲醇，平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖1所示．
①p₁小于p₂（填“大于”、“小于”或“等于”）；
②100℃時(shí)，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{V{\;}^{2}}{a{\;}^{2}}$；
（3）某科研小組用SO₂為原料制取硫酸．
①利用原電池原理，用SO₂、O₂和H₂O來(lái)制備硫酸，該電池用多孔材料作電極，它能吸附氣體，同時(shí)也能使氣體與電解質(zhì)溶液充分接觸．請(qǐng)寫出該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺．
②用Na₂SO₃溶液充分吸收SO₂得NaHSO₃溶液，然后電解該溶液可制得硫酸．電解原理示意圖如圖2．請(qǐng)寫出開始時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)的電極反應(yīng)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，
依據(jù)蓋斯定律②+③×2-①進(jìn)行計(jì)算；
（2）①相同溫度下，同一容器中，增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則CO的轉(zhuǎn)化率增大；
②該溫度下，平衡時(shí)n（CO）=amol×（1-0.5）=0.5amol，n（CH₃OH）=c（CO）（參加反應(yīng)）=amol×0.5=0.5amol，n（H₂）=2amol-2×amol×0.5=amol，則根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）×c{\;}^{2}（H{\;}_{2}）}$進(jìn)行計(jì)算；
（3）①依據(jù)原電池原理，負(fù)極是失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，二氧化硫失電子生成硫酸的過(guò)程；
②根據(jù)化合價(jià)變化判斷陽(yáng)極反應(yīng)物質(zhì)，寫出陽(yáng)極反應(yīng)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，
依據(jù)蓋斯定律②+③×2-①得：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H，則△H=△H₂+2△H₃-△H₁=-90.1KJ/mol；
故答案為：-90.1；
（2）①相同溫度下，同一容器中，增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則CO的轉(zhuǎn)化率增大，根據(jù)圖象知，p₁小于p₂，故答案為：小于；
②該溫度下，平衡時(shí)n（CO）=amol×（1-0.5）=0.5amol，n（CH₃OH）=c（CO）（參加反應(yīng)）=amol×0.5=0.5amol，n（H₂）=2amol-2×amol×0.5=amol，則c（CO）=$\frac{0.5a}{V}$mol/L、c（CH₃OH）=$\frac{0.5a}{V}$mol/L、c（H₂）=$\frac{a}{V}$mol/L，化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）×c{\;}^{2}（H{\;}_{2}）}$=$\frac{\frac{0.5a}{V}}{\frac{0.5a}{V}×\frac{a{\;}^{2}}{V{\;}^{2}}}$=$\frac{V{\;}^{2}}{a{\;}^{2}}$，故答案為：$\frac{V{\;}^{2}}{a{\;}^{2}}$；
（3）①該原電池中，負(fù)極上失電子被氧化，二氧化硫到硫酸，硫的化合價(jià)升高，所以負(fù)極上投放的氣體是二氧化硫，二氧化硫失電子和水反應(yīng)生成硫酸根離子和氫離子，所以負(fù)極上的電極反應(yīng)式為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；
②電解池中陽(yáng)極和電源正極相連，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，電解NaHSO₃溶液可制得硫酸，硫的化合價(jià)升高，所以陽(yáng)極是HSO₃^-溶液失去電子被氧化生成SO₄^2-，則陽(yáng)極電極反應(yīng)式是：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺；
故答案為：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查了蓋斯定律、可逆反應(yīng)轉(zhuǎn)化率隨溫度和壓強(qiáng)變化的曲線以及原電池原理和電解原理的應(yīng)用，注意電極反應(yīng)的書寫方法，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．