Question

一氧化碳是一种用途广泛的化工基础原料。

（l）在高温下CO可将SO₂还原为单质硫。已知：2CO(g)+O₂(g)2CO₂(g) △H₁＝－566.0kJ·mol^-1；S(s)+O₂(g)SO₂(g) △H₂＝－296.0kJ·mol^-1；

请写出CO还原SO₂的热化学方程式______________________。

（2）工业上用一氧化碳制取氢气的反应为：CO(g)+H₂O(g) CO₂(g)+H₂(g)，已知420℃时，该反应的化学平衡常数K=9。如果反应开始时，在2L的密闭容器中充入CO和H₂O的物质的量都是0.60mol，5min末达到平衡，则此时CO的转化率为                    ，H₂的平均生成速率为           mol·L^-1·min^-1。

（3）CO与H₂反应还可制备CH₃OH，CH₃OH可作为燃料使用，用CH₃OH和O₂组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图：

电池总反应为：2CH₃OH+3O₂＝2CO₂+4H₂O，则c电极是             （填“正极”或“负极”），c电极的反应方程式为                   。若用该电池电解精炼铜（杂质含有Ag和Fe），粗铜应该接此电源的________极（填“c”或“d”），反应过程中析出精铜64g，则上述CH₃OH燃料电池，消耗的O₂在标况下的体积为           L。

Answer

（14分）（1）2CO(g)+SO2(g) ＝S(s)+2CO2(g) △H＝－270 kJ ·mol －1 （2分）

（2）75% （2分） 0.045mol·L－1·min－1（2分）

（3）负极 （2分）CH3OH-6e-+H2O＝CO2↑+6H+ （2分） d（2分） 11.2L（2分）

【解析】

试题分析：（l）已知：①2CO(g)+O2(g)＝2CO2(g) △H1＝－566.0kJ·mol-1；②S(s)+O2(g)＝SO2(g) △H2＝－296.0kJ·mol-1；根据盖斯定律：①-②即可得到CO还原SO2的热化学方程式为2CO(g)+SO2(g) = S(s)+2CO2(g) △H= －270 kJ ·mol －1。

（2）设转化的CO的物质的量浓度为x mol/L，则

CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)

起始浓度（mol/L） 0.3 0.3 0 0

转化浓度（mol/L） x x x x

平衡浓度（mol/L）（0.3-x）（0.3-x） x x

K=[ CO2][ H2]/[ CO][ H2O]==9

解得x=0.225，则此时CO的转化率为×100%=75%，H2的平均生成速率为0.225 mol/L÷5min＝0.045mol·L－1·min－1。

（3）根据CH3OH和O2组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图知c电极为电子流出的极，则c电极是负极，CH3OH在负极发生氧化反应生成CO2，电极反应式为CH3OH-6e-+H2O＝CO2↑+6H+；d电极为电池的正极，若用该电池电解精炼铜（杂质含有Ag和Fe），粗铜作电解池的阳极，与电池的正极相连，故应该接此电源的d极，阳极反应为Cu - 2e-＝Cu2+，阴极反应为Cu2+ + 2e-＝Cu，反应过程中析出精铜64g，即1mol铜，则电路中转移2mol电子，根据电子守恒知消耗O2的物质的量为2mol÷4＝0.5mol，在标况下的体积为11.2L。

考点：考查热化学方程式书写、盖斯定律，化学反应速率和化学平衡，电化学。