Question

（16分）碳及其化合物与人类生产、生活密切相关。请回答下列问题：

（1）在化工生产过程中，少量CO的存在会引起催化剂中毒。为了防止催化剂中毒，常用SO₂将CO氧化SO₂被还原为S。

   已知： C(s)+（g）=CO（g）ΔH₁=-126．4kJ/mol         ①

         C(s)+O₂（g）=CO₂（g）  ΔH₂= －393．5kJ·mol^－1        ②

                  S(s)+O₂（g）=SO₂（g）    ΔH₃= －296．8kJ·mol^－1          ③

      则SO₂氧化CO的热化学反应方程式：                              

（2）CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)。

  

①CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图1所示，该反应ΔH      0（填“>”或“ <”）。

图2表示CO的转化率与起始投料比[ n(H₂)/n(CO)]、温度的变化关系，曲线I、II、III对应的平衡常数分别为K₁、K₂、K₃，则K₁、K₂、K₃的大小关系为          ；测得B(X₁,60)点氢气的转化率为40%，则x₁=         。

②在恒容密闭容器里按体积比为1:2充入一氧化碳和氢气，一定条件下反应达到平衡状态。当改变反应的某一个条件后，下列变化能说明平衡一定向正反应方向移动的是       （填序号）。

A． 正反应速率先增大后减小              B． 逆反应速率先增大后减小

C． 化学平衡常数K值增大                D． 反应物的体积百分含量增大 

E． 混合气体的密度增大

③一定条件下，将2molCO和2molH₂置于容积为2L固定的密闭容器中发生上述反应，反应达到平衡时CO与H₂体积之比为2∶1，则平衡常数K＝               。

（3）最新研究发现，用隔膜电解法可以处理高浓度乙醛废水。

原理：使用惰性电极电解，乙醛分别在阴、阳极转化为乙醇和乙酸，

总反应为:2CH₃CHO+H₂OCH₃CHOH+CH₃CHOOH。

实验室中，以一定浓度的乙醛-Na₂SO₄溶液为电解质溶液，模拟乙醛废水的  处理过程，其装置示意图如图所示：

①电解过程中，两极除分别生成乙酸和乙醇外，均产生无色气体，阳极电极反应分别为：

4OH^－-4e^－═O₂↑+2H₂O；                                   。

②在实际工艺处理过程中，阴极区乙醛的去除率可达60%。若在两极区分别注入1m³乙醛的含量为300mg/L的废水，可得到乙醇        kg(计算结果保留2位小数）

Answer

（16分）

（1） SO2（g）+2CO（g）=S(s)+2CO2（g） ΔH=-237．4kJ·mol－1（3分）

（2）①＜（1分） K1>K2>K3 （2分） 3 （2分）

②A C （2分） ③4．5 L2·mol-2 (不带单位不扣分)（2分）

（3）①CH3CHO－2e－+H2O═CH3COOH+2H+ （2分） ②0.19（2分)

【解析】

试题分析：（1）根据盖斯定律得，目标方程式=②×2-①×2-③，ΔH=（－393．5kJ·mol－1）×2-（-126．4kJ/mol）×2-（－296．8kJ·mol－1）=-237．4kJ·mol－1，所以所求热化学方程式为SO2（g）+2CO（g）=S(s)+2CO2（g） ΔH=-237．4kJ·mol－1；

（2）①由图1可知，温度升高CO的转化率降低，说明升高温度，平衡逆向移动，正向是放热反应，ΔH<0；n(H2)/n(CO)一定时，CO的转化率Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ，转化率高的平衡常数大，所以K1、K2、K3的大小关系为K1>K2>K3测得B(X1,60)点氢气的转化率为40%，CO的转化率是60%，设B点时CO、H2的物质的量分别是m、n，可得60%m=40%n/2，所以n/m=3,即x1=3；

②A、增大反应物浓度，正反应速率先增大后减小，说明平衡正向移动，正确；B、增大生成物浓度，逆反应速率先增大后减小，说明平衡逆向移动，错误；C、降低温度，K值增大，说明生成物浓度增大，反应物浓度减小，平衡正向移动，正确；D、减小压强，平衡逆向移动，反应物的体积百分含量增大，错误；E、恒容条件时混合气体的密度增大，说明容器中气体质量增加，可能是反应物也可能是生成物，平衡移动方向不确定，错误，答案选AC；

③设平衡时CO的浓度是x，则氢气的浓度是2x-1，生成甲醇的浓度是1-x，根据题意得：x/(2x-1)=2:1,x=2/3mol/L,所以K=(1-x)/x·(2x-1)2=4．5 L2·mol-2

（3）①阳极发生氧化反应，乙醛被氧化为乙酸，氢氧根离子被氧化为氧气，则阴极发生还原反应，乙醛被还原为乙醇，同时氢离子被还原为氢气，所以阳极电极反应式除生成氧气外，还有CH3CHO－2e－+H2O═CH3COOH+2H+

②阴极反应是CH3CHO+2e－+2H+=CH3CH2OH，所以注入1m3乙醛的含量为300mg/L的废水，阴极区乙醛的去除率可达60%，生成乙醇的质量是1000L×300mg/L×60%×10-3g/mg÷44g/mol×46g/mol=188．2g=0.19kg。

考点：考查盖斯定律的应用，化学平衡图像的分析及平衡理论应用，电化学原理的应用