Question

（15分）研究NO₂、SO₂ 、CO等大氣污染氣體的測量及處理具有重要意義。

⑴I₂O₅可使H₂S、CO、HC1等氧化，常用于定量測定CO的含量。已知：

2I₂(s) + 5O₂(g)= 2I₂O₅(s)     △H=－75.56 kJ·mol^－1

2CO(g) + O₂(g)= 2CO₂(g)    △H=－566.0 kJ·mol^－1

寫出CO(g)與I₂O₅(s)反應(yīng)生成I₂(s)和CO₂(g)的熱化學(xué)方程式：                         。

⑵一定條件下，NO₂與SO₂反應(yīng)生成SO₃和NO兩種氣體。將體積比為1∶2的NO₂、SO₂氣體置于密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，下列能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是                    ，

a．體系壓強(qiáng)保持不變                      b．混合氣體顏色保持不變

c．SO₃和NO的體積比保持不變            d．每消耗1 mol SO₂的同時生成1 molNO

測得上述反應(yīng)平衡時NO₂與SO₂體積比為1∶6，則平衡常數(shù)K＝                      。

⑶從脫硝、脫硫后的煙氣中獲取二氧化碳，用二氧化碳合成甲醇是碳減排的新方向。將CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇的熱化學(xué)方程式為：CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g)  △H₃

①取五份等體體積CO₂和H₂的的混合氣體 （物質(zhì)的量之比均為1：3），分別加入溫度不同、容積相同的恒容密閉容器中，發(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)相同時間后，測得甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ(CH₃OH) 與反應(yīng)溫度T的關(guān)系曲線如圖所示，則上述CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇反應(yīng)的△H₃           0（填“＞”、“＜”或“＝”）。

②在容積為1L的恒溫密閉容器中充入1 mol CO₂和3 mol H₂，進(jìn)行上述反應(yīng)。測得CO₂和CH₃OH(g)的濃度隨時間變化如下左圖所示。若在上述平衡體系中再充0.5 mol CO₂和1.5 mol H₂O(g) （保持溫度不變），則此平衡將            移動（填“向正反應(yīng)方向”、“不”或“逆反應(yīng)方向”）

     

③直接甲醇燃料電池結(jié)構(gòu)如上右圖所示。其工作時負(fù)極電極反應(yīng)式可表示為            。

 

Answer 1

【答案】

⑴5CO(g) + I₂O₅(s)=5CO₂(g) + I₂(s)   △H=－1377.22kJ·mol^－1（3分）

⑵b　 （2分）  2.67或8/3（3分）

⑶ ①＜（2分）       ②不（2分）           ③CH₃OH－6e^－＋H₂O＝6H^＋＋CO₂（3分）

【解析】（1）考查蓋斯定律的應(yīng)用。根據(jù)反應(yīng)①2I₂(s) + 5O₂(g)= 2I₂O₅(s)和反應(yīng)②2CO(g) + O₂(g)= 2CO₂(g)可知，②×2.5－①÷2即得到5CO(g) + I₂O₅(s)=5CO₂(g) + I₂(s)，所以該反應(yīng)的反應(yīng)熱是－566.0 kJ·mol^－1×2.5＋75.56 kJ·mol^－1÷2＝－1377.22kJ·mol^－1。

（2）反應(yīng)NO₂（g）+SO₂（g）SO₃（g）+NO（g）是體積不變的、吸熱的可逆反應(yīng)，因此a不能說明。顏色的深淺與氣體的濃度大小有關(guān)，而在反應(yīng)體系中只有二氧化氮是紅棕色氣體，所以混合氣體顏色保持不變時即說明NO₂的濃度不再發(fā)生變化，因此b可以說明；SO₃和NO是生成物，因此在任何情況下二者的體積比總是滿足1：1，c不能說明；SO₃和NO₂一個作為生成物，一個作為反應(yīng)物，因此在任何情況下每消耗1 mol SO₃的同時必然會生成1 molNO₂，因此d也不能說明；設(shè)NO₂的物質(zhì)的量為1mol，則SO₂的物質(zhì)的量為2mol，參加反應(yīng)的NO₂的物質(zhì)的量為xmol。 則

NO₂（g）+SO₂（g）SO₃（g）+NO（g）

起始量（mol）        1         2              0        0

轉(zhuǎn)化量（mol）        x         x              x         x

平衡量（mol）      1－x      2－x             x         x

所以有，解得x＝0.8

所以平衡常數(shù)為

   （3）①根據(jù)圖像可知，當(dāng)甲醇的含量達(dá)到最大值時，如果繼續(xù)升高溫度，甲醇的含量反而降低，這說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，即正反應(yīng)是放熱反應(yīng)。

②根據(jù)圖像可知平衡時CO₂、氫氣、甲醇和水蒸氣的物質(zhì)的量分別是0.25mol、0.75mol、0.75mol和0.75mol，所以平衡常數(shù)為。若在上述平衡體系中再充0.5 mol CO₂和1.5 mol H₂O(g)，則此時，所以平衡不移動。

（3）甲醇失電子，所以在負(fù)極通入。根據(jù)電解質(zhì)可知，負(fù)極電極反應(yīng)式為CH₃OH－6e^－＋H₂O＝6H^＋＋_CO2。