Question

【題目】一定條件下，lmolCH3OH與一定量O2發生反應時，生成CO、CO2或HCHO的能量變化如下圖所示[反應物O2(g)和生成物H2O(g)已略去]。

回答下列問題：

(1)在有催化劑作用下，CH3 OH與O2反應主要生成 ___（填“CO2、CO或HCHO”）；計算：2HCHO(g)+O2(g)=2CO(g)+2H2O(g)=_____________

(2)已知：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

①經測定不同溫度下該反應的平衡常數如下：

該反應為 ___（填“放熱”或“吸熱”）反應；250℃時，某時刻測得該反應的反應物與生成物濃度為c(CO) =0．4mol/L、c(H2) =0. 4mol/L、c(CH3 OH) =0. 8mol/L，則此時υ（正）____υ（逆）（填“>”、“=”或“<”）。

②某溫度下，在體積固定的2L密閉容器中將1molCO和2molH2混合，使反應得到平衡，實驗測得平衡時與起始時的氣體壓強比值為0 .7，則該反應的平衡常數為____（保留l位小數）。

(3)利用鈉堿循環法可除去SO2。常溫下，若吸收液吸收一定量SO2后的溶液中，n（SO32-）：n(HSO3-) =3：2，則此時溶液呈____（填“酸性”、“中性”或“堿性”）。（已知：H2SO3的電離常數為：Kal=l. 54×10-2、Ka2=l. 02×l0-7）

(4)利用電化學法處理工業尾氣SO2的裝置如圖所示，寫出Pt(2)電極反應式：______；當電路中轉移0. 02 mol e-時（較濃H2SO4尚未排出），交換膜左側溶液中約增加___ mol離子。

Answer 1

【答案】HCHO －470kJ·mol－1 放熱 < 2.7 堿性 2HSO3－＋2e－＋2H＋=S2O42－＋2H2O 0.03

【解析】

(1)反應速率與活化能的關系，根據圖像求反應熱；

(2)通過平衡常數的變化判斷反應的熱效應，通過濃度商判斷反應進行的方向；利用壓強和三段式計算平衡常數；

(3)利用電離平衡常數求解c(H＋)；

（4）根據反應類型判斷陰、陽極并書寫電極反應式，根據電極反應式進行計算。

(1)從圖像中可知加入催化劑生成甲醛的反應活化能小，化學反應速率快，所以主要產物為HCHO。根據圖像， 1molHCHO轉化為1molCO放出的能量為（676-283-158） kJ·mol－1=235 kJ·mol－1，方程式為2molHCHO，則△H需要乘以2，△H=-235×2kJ·mol－1=-470 kJ·mol－1；

(2) ①根據圖中數據可知，隨著溫度的升高，平衡常數降低，平衡逆向移動，逆反應為吸熱反應，則正反應為放熱反應，該反應為放熱反應；對于某時刻，濃度商，大于250℃的平衡常數2.041，反應逆向進行，正反應速率小于逆反應速率；

②同溫同體積的情況下，壓強之比等于物質的量之比。平衡時與起始時的氣體壓強比值為0 .7，開始的物質的量為1mol+2mol=3mol，則平衡時的物質的量為3mol×0.7=2.1mol。

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

開始的物質的量 1 2 0

轉化的物質的量 x 2x x

平衡的物質的量 1-x 2-2x x

1-x+2-2x+x=2.1，得x=0.45mol；體積為2L，則有；

(3) n(SO32-)：n(HSO3-) =3：2，在同一溶液中，則濃度之比等于物質的量之比，亞硫酸的Ka2=，得c(H+)=6.8×10－8<10-7，溶液呈堿性；

(4)根據示意圖，Pt（2）電極上HSO3－→S2O42－，S的化合價從+4降低到+3，電解質溶液為酸性，則電極方程式為2HSO3－＋2e－＋2H＋=S2O42－＋2H2O；Pt（2）為陰極，Pt（1）為陽極，陽極的電極反應式為SO2－2e－＋2H2O=SO42－＋4H＋，電路中通過0. 02 mol e-時，左側生成0.01molSO42-和0.04molH+，為平衡電荷，有0.02mol的H+經陽離子交換膜轉移到右側，則左側的離子增加了0.03mol。