Question

（16分）CO₂、SO₂、NO_x是对环境影响较大的气体，控制和治理CO₂、SO₂、NO_x是解决温室效应、减少酸雨和光化学烟雾的有效途径。

（1）下图是在101 kPａ，298 K条件下1 mol NO₂和1 mol CO反应生成1 mol CO₂和1 mol NO过程中能量变化示意图。

已知：①N₂ (g) ＋O₂ (g) ＝2 NO (g)       ΔH＝179.5 kJ·mol^—1

②2NO (g) ＋O₂ (g) ＝2 NO₂ (g)      ΔH＝^—112.3 kJ·mol^—1

请写出NO与CO反应生成无污染气体的热化学方程式：_____________________。

（2）工业上正在研究利用CO₂来生产甲醇燃料的方法，该方法的化学方程式是：

CO₂（g）＋3H₂（g）CH₃OH（g）＋H₂O（g）     ΔH＝^—49.0 kJ·mol^—1

某科学实验小组将6 mol CO₂和8 mol H₂充入一容积为2 L的密闭容器中（温度保持不变），测得H₂的物质的量随时间变化如下图中实线所示（图中字母后的数字表示对应的坐标）。

①该反应在0 ～8 min内CO₂的平均反应速率是_____________________；

②该反应的平衡常数表达式为：K＝_____________________；

③仅改变某一条件再进行实验，测得H₂的物质的量随时间变化如图中虚线所示。与实线相比，曲线Ⅰ改变的条件可能是_____________________，曲线Ⅱ改变的条件可能是____________________。若实线对应条件下平衡常数为K，曲线Ⅰ对应条件下平衡常数为K₁，曲线Ⅱ对应条件下平衡常数为K₂，则K、K₁和K₂的大小关系是_____________________；

（3）有学者设想以如图所示装置用电化学原理将他们转化为重要化工原料。请回答：

①若A为SO₂，B为O₂，C为H₂SO₄，则负极反应式___________________；

②若A为CO₂，B为H₂，C为CH₃OH，则正极反应式__________________。

Answer

（1）2 NO (g)＋2 CO (g)＝N2 (g)＋2 CO2(g) ΔH＝—75 9.8 kJ·mol—1

（2）① 0.125 mol•L—1•min—1 ②

③升温 增压 K1＜K2＝K

（3）①SO2—2e—＋2H2O＝4H＋＋SO42— ②CO2＋6H＋＋6e—＝CH3OH＋H2O

【解析】

试题分析：（1）根据图像得101 kPa，298 K条件下1 mol NO2和1 mol CO反应生成1 mol CO2和1 mol NO的热化学方程式为③NO2 (g)+ CO(g)== CO2(g)+ NO (g) Δ H＝—234kJ·mol—1，结合已知：① N2 (g) ＋O2 (g) ＝2 NO (g) ΔH＝179.5 kJ·mol—1② 2 NO (g) ＋O2 (g) ＝2 NO2 (g) ΔH＝—112.3 kJ·mol—1，利用盖斯定律：②—①+③×2得NO与CO反应生成无污染气体的热化学方程式：2 NO (g)＋2 CO (g)＝N2 (g)＋2 CO2(g) ΔH ＝—75 9.8 kJ·mol—1。（2）①根据题给图像知，该反应在0 ～8 min内H2的物质的量变化为6mol，结合反应方程式知CO2的物质的量变化为2mol，容器体积为2L，CO2的浓度变化为1mol/L，根据v=△c/△t计算CO2平均反应速率是0.125 mol•L—1•min—1；②化学平衡常数等于生成物平衡浓度系数次幂的积与反应物平衡浓度系数次幂的积的比值，结合反应方程式写出该反应的平衡常数表达式，见答案；③分析题给图像知，与实线相比，曲线Ⅰ条件下反应达平衡的时间短，反应速率加快，平衡时H2的物质的量较大，说明平衡逆向移动，化学平衡常数减小，K1＜K，又该反应为放热反应，故改变的条件可能升温；与实线相比，曲线Ⅱ条件下，反应达平衡的时间缩短，反应速率加快，平衡时氢气的物质的量较小，平衡正向移动，又该反应正反应为气体物质的量减小的反应，故改变的条件可能是加压，温度不变化学平衡常数不变，K=K2则K、K1和K2的大小关系是K1＜K2＝K ；（3）分析题给装置知该装置为原电池。①若A为SO2，B为O2，C为H2SO4，电池反应为2SO2+O2+2H2OH2SO4，负极发生氧化反应，电极反应式为SO2—2e—＋2H2O＝4H＋＋SO42—；②若A为CO2，B为H2，C为CH3OH，电池反应为CO2＋3H2CH3OH＋H2O，正极发生还原反应，电极反应式为CO2＋6H＋＋6e—＝CH3OH＋H2O 。

考点：考查热化学方程式的书写、盖斯定律，化学平衡图像分析及原电池原理的应用、电极反应式的书写。