Question

运用化学反应原理知识研究如何利用CO、SO₂等有重要意义。

(1)用CO可以合成甲醇，已知：

CH₃OH(g)+O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(l)   △H=-764.5 kJ⋅mol^-1；

CO(g)+O₂(g)=CO₂(g)   △H=-283.0 kJ⋅mol^-1；

H₂(g)+O₂(g)=H₂O(l)     △H=-285.8kJ⋅mol^-1；

则CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)  △H=___kJ⋅mol^-1。

(2)下列措施中能够增大上述合成甲醇反应的反应速率的是___(填写序号)。

a.使用催化剂      b.降低反应温度

c.增大体系压强    d.不断将CH₃OH从反应混合物中分离出来

(3)在一定压强下，容积为VL的容器中充入a mol CO与2a mol H₂，在催化剂作用下反应生成甲醛，平衡转化率与温度、压强的关系如图1所示。

①P₁___P₂(填“大于”、“小于”或“等于”)；

②100℃时，该反应的化学平衡常数K=______；

③100℃，达到平衡后，保持压强P₁不变的情况下，向容器中通入CO、H₂、CH₃OH各0.5a mol，则平衡___(填“向左”“不”或“想右”)移动。

(4)利用原电池原理，用SO₂和H₂O来制备硫酸，该电池用多孔材料作电极，它能吸附气体，同时也能使气体与电解质溶液充分接触，请写出该电池的负极的电极反应式___；

(5)Na₂SO₃溶液与CaCl₂溶液混合会生成难溶的CaSO₃(K_sp=3.1×10^-7)，现将等体积的CaCl₂溶液与Na₂SO₃溶液混合，若混合前Na₂SO₃溶液的浓度为2×10^-3 mol/L，则生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小浓度为______。用Na₂SO₃溶液充分吸收SO₂得NaHSO₃溶液，然后电解该溶液，电解原理示意图如图2所示。请写出该电解池发生反应的化学方程式___。

Answer

-90.1 ac 小于 向左 SO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+ 6.2×10-4 mol/L 2NaHSO3+H2ONa2SO3+H2SO4+H2↑

【解析】

(1)已知：

①CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-764.5 kJ/mol；

②CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H=-283.0 kJ/mol；

③H2(g)+O2(g)=H2O(l) △H=-285.8 kJ/mol；

由盖斯定律可知，②+③×2-①得到CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，△H=-283.0 kJ/mol-285.8 kJ/mol×2+764.5 kJ/mol=-90.1 kJ/mol；

(2)温度越高、压强越大，使用催化剂都可使反应速率增大，降低温度反应速率减慢，从体系中分离出甲醇，相当于减少浓度，反应速率减慢，故合理选项为ac；

(3)①由图1可知，温度相同时，在压强为P2时平衡时CO的转化率高，由反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)可知压强越大，越有利于平衡向正反应进行，所以压强P1＜P2；

②由于平衡常数与压强没有关系，所以根据图象可知，在100℃P1时，CO的转化率是0.5，则由反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)可知：起始时，n(CO)= mol/L，n(H2)= mol/L，n(CH3OH)=0；由转化率是0.5，则平衡时，n(CO)= mol/L，n(H2)= mol/L，n(CH3OH)= mol/L，所以平衡常数K==；

③在其它条件不变的情况下，向容器中通入CO、H2、CH3OH各0.5a mol，等效为减小氢气的浓度，则平衡向逆反应移动，即平衡向左移动；

(4)该原电池中，负极上失电子被氧化，二氧化硫转化为硫酸，硫的化合价升高，所以负极上投放的气体是二氧化硫，二氧化硫失电子和水反应生成硫酸根离子和氢离子，所以负极上的电极反应式为：SO2-2e-+2H2O＝SO42-+4H+；

(5)Na2SO3溶液的浓度为2×10-3 mol/L，等体积混合后溶液中c(SO32-)=×2×10-3 mol/L=1×10-3 mol/L，根据Ksp=c(SO32-)•c(Ca2+)=3.1×10-7可知，c(Ca2+)=mol/L=3.1×10-4 mol/L，原溶液CaCl2溶液的最小浓度为混合溶液中c(Ca2+)的2倍，故原溶液CaCl2溶液的最小浓度为6.2×10-4 mol/L，阳极是亚硫酸氢根氧化成硫酸根，而阴极是水中的氢离子放电生成氢气，所以总的电解反应方程式为2NaHSO3+H2ONa2SO3+H2SO4+H2↑。