Question

随着化石能源的大量开采以及污染的加剧，污染气体的治理和开发利用日益迫切。

（1）Bunsen热化学循环制氢工艺由下列三个反应组成；

SO₂(g) + I₂(g) + 2H₂O(g) = 2HI(g) + H₂SO₄(l)    ∆H=a kJ/mol    ①

2H₂SO₄(l) = 2H₂O(g) + 2SO₂(g) + O₂(g)   ∆H= b kJ/mol    ②

2HI(g) = H₂(g) + I₂(g)  ∆H= c kJ/mol        ③

则2H₂O(g) = 2H₂(g) + O₂(g)  ∆H=         kJ/mol

（2）CO₂ 和CH₄ 是两种重要的温室气体，以表面覆盖有Cu₂Al₂O₄ 的二氧化钛为催化剂。可以将CO₂ 和CH₄直接转化为乙酸。

①不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图Ⅰ所示，该反应体系应将温度控制在      ℃左右。

②将Cu₂Al₂O₄ 溶解在稀硝酸中的离子方程式为                 。

（3）甲醇（CH₃OH）被称为21世纪的新型燃料。在体积为V L的某反应容器中，a mol CO与2a mol H₂ 在催化剂作用下反应生成甲醇：CO(g) + 2H₂(g) CH₃OH(g) ，CO的平衡转化率与温度的关系如图Ⅱ所示：

①该反应是            （填“放热”或“吸热”）反应

②在其他条件不变的情况下，反应容器中再增加amol CO与2amolH₂ ，达到新平衡时，CO的转化率        （填“增大”、“减小”或“不变”）。

③100℃，反应CH₃OH(g) CO(g) + 2H₂(g) 的平衡常数为       （用含有a、V的代数表示）。

（4）某实验小组设计了如图III所示的甲醇燃料电池装置。

①该电池工作时，OH^- 向         （填“a”或“b”）极移动

②工作一段时间后，测得该溶液的pH减小，该电池负极反应的电极反应式为：                 。

Answer

（1）（2a+b+2c）

（2）①250 ②3Cu2Al2O4 + 32H+ + 2NO3- = 6Cu2+ + 6Al3+ + 2NO↑+ 16H2O

（3）①放热 ② 增大 ③a2/V2

（4）①b ② CH3OH + 8OH- - 6e- = CO32- + 6H2O

【解析】

试题分析：（1）①SO2(g) + I2(g) + 2H2O(g) = 2HI(g) + H2SO4(l) ∆H=a kJ/mol ①；2H2SO4(l) = 2H2O(g) + 2SO2(g) + O2(g) ∆H= b kJ/mol ②；2HI(g) = H2(g) + I2(g) ∆H= c kJ/mol ③，依据盖斯定律①×2+②+③×2得到2H2O（g）=2H2（g）+O2（g）△H=（2a+b+2c）kJ/mol.

（2）①根据图示可知，在250℃左右，催化剂的催化效率和乙酸的生成速率最大，因此该反应体系应将温度控制在250℃左右。

②Cu2Al2O4中Cu为+1价，Cu2Al2O4与硝酸生成硝酸铜、硝酸铝、NO和水，根据得失电子相等、电荷守恒、质量守恒配平，则Cu2Al2O4 溶解在稀硝酸中的离子方程式为3Cu2Al2O4 + 32H+ + 2NO3- = 6Cu2+ + 6Al3+ + 2NO↑+ 16H2O。

（3）①根据图像可知，温度升高，CO的转化率降低，说明平衡向逆反应方向移动，而升高温度，平衡向吸热反应方向移动，所以该反应为放热反应；

②该反应是气体体积缩小的可逆反应，在其他条件不变的情况下，反应容器中再增加amol CO与2amolH2 ，相当于增大压强，平衡向正反应方向移动，达到新平衡时，CO的转化率增大；

③100℃时，CO的转化率为0.5，设有a mol CO与2a mol H2 ，容器的体积为V，根据三段式

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

起始物质的量 a 2a 0

变化物质的量 0.5a a 0.5a

平衡物质的量 0.5a a 0.5a

K=(0.5a/V)÷[(a/V)2×0.5a/V]= V2/a2，反应逆向进行，平衡常数互为倒数，所以100℃，反应CH3OH(g) CO(g) + 2H2(g) 的平衡常数为a2/V2

（4）①甲醇燃料电池，氧气得电子发生还原反应，在正极放电，a为正极，b为负极，阴离子移向负极，则该电池工作时，OH- 向b极移动；

②甲醇作燃料的电池示意图中，KOH作电解质，甲醇反应生成的二氧化碳与KOH反应生成碳酸钾，所以该电池负极反应的电极反应式为CH3OH + 8OH- - 6e- = CO32- + 6H2O。

考点：考查热化学方程式和盖斯定律的计算应用，化学平衡影响因素，三段式计算的应用，平衡常数计算与计算分析，原电池电极反应书写方法等知识。