Question

实施以减少能源浪费和降低废气排放为基本内容的节能减排政策，是应对全球气候问题、建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择。化工行业的发展必须符合国家节能减排的总体要求，依靠理论知识做基础。试运用所学知识，解决下列问题：

(1)已知某反应的平衡表达式为：K=，它所对应的化学反应为：________________。

(2)利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下：

①2H₂(g)+CO(g)CH₃OH(g) △H=-90.8 kJ/mol

②2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)+H₂O(g) △H=-23.5 kJ/mol

③CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g) △H=-41.3 kJ/mol

总反应：3H₂(g)+3CO(g)CH₃OCH₃(g)+CO₂(g) 的△H =____________；二甲醚(CH₃OCH₃)直接作燃料电池具有启动快，效率高等优点，若电解质为酸性，该电池的负极反应为________________。

(3)煤化工通常通过研究不同温度下平衡常数以解决各种实际问题．已知等体积的一氧化碳和水蒸气进入反应器时，会发生如下反应：CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)，该反应平衡常数随温度的变化如下表所示：

温度/℃	400	500	800
平衡常数K	9.94	9	1

该反应的正反应方向是_______反应(填“吸热”或“放热”)，若在500℃时进行，设起始时CO和H₂O的起始浓度均为 0.020 mol/L，在该条件下，CO的平衡转化率为：________________。

(4)从氨催化氧化可以制硝酸，此过程中涉及氮氧化物，如  NO、NO₂、N₂O₄等，对反应N₂O₄(g)2NO₂(g) △H >0，在温度为 T₁、T₂ 时，平衡体系中 NO₂的体积分数随压强变化曲线如图甲所示．下列说法正确的是________________。

A. A、C 两点的反应速率：A>C

B. A、C 两点气体的颜色：A 深，C浅

C. B、C两点的气体的平均相对分子质量：B<C

D. 由状态 B 到状态 A，可以用加热的方法

E. A、C 两点的化学平衡常数：A>C

(5)NO₂可用氨水吸收生成NH₄NO₃，25℃时，将m mol NH₄NO₃溶于水，溶液显酸性，向该溶液滴加 n L 氨水后溶液呈中性，则滴加氨水的过程中水的电离平衡将________（填“正向”“不”或“逆向”）移动，所滴加氨水的浓度为________mol/L(NH₃·H₂O的电离平衡常数取K_b=2×10^﹣5 mol/L)。

(6)某科研单位利用原电池原理，用SO₂和O₂来制备硫酸，装置如图乙所示，电极为多孔的材料能吸附气体，同时也能使气体与电解质溶液充分接触。

①溶液中H⁺的移动方向由________极到________极；(用 A、B 表示)

②B电极的电极反应式为____________。

Answer

C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ﹣246.4 kJ/mol CH3OCH3-12e﹣+3H2O=2CO2+12H+ 放热 75% D 逆向 B A SO2-2e-+2H2O═SO42-+4H+

【解析】

(1)根据质量守恒定律，结合可逆反应平衡常数的含义及表达式书写反应方程式；

(2)根据盖斯定律，将已知的热化学方程式叠加，就得到相应的反应的热化学方程式；CH3OCH3在负极失去电子，被氧化变为CO2、H2O，据此书写电极反应式；

(3)根据温度对化学平衡常数的影响判断反应的热效应；利用500℃时K=9，利用物质的起始浓度及反应转化关系计算CO的平衡转化率；

(4)根据外界条件对化学反应速率、化学平衡常数、化学平衡移动的影响分析判断；

(5)依据铵根离子水解分析回答；依据同粒子效应，一水合氨对铵根离子水解起到抑制作用；依据一水合氨的电离平衡常数计算得到氨水浓度；

(6)SO2与O2反应生成SO3，SO3再与水化合生成硫酸，根据硫酸的出口判断原电池的正负极，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，原电池放电时，电解质溶液中阳离子向正极移动。

(1)平衡常数为生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，在平衡常数表达式中，分子为生成物，分母为反应物，固体或纯液体物质不能写入表达式中，再结合质量守恒定律，所以该反应的方程式为C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)；

(2)①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)△H=-90.8 kJ/mol

②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=-23.5 kJ/mol

③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H=-41.3 kJ/mol

根据盖斯定律，将①×2+②+③，整理可得总反应的热化学方程式：3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)的△H =﹣246.4 kJ/mol；

二甲醚(CH3OCH3)直接作燃料电池具有启动快，效率高等优点，若电解质为酸性，该电池的负极反应为二甲醚失电子生成二氧化碳，负极的电极反应为：CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+；

(3)由于升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动，对该反应来说，温度升高化学平衡常数K值减小，说明升高温度化学平衡逆向移动，逆反应为吸热反应，所以该反应的正反应为放热反应，假设反应消耗的CO浓度为x，则根据方程式CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)可知物质改变的物质的量相等，因此平衡时各种气体的物质的量浓度分别是：c(CO)=c(H2O)=(0.02-x) mol/L，c(CO2)=c(H2)=x mol/L，所以=9，解得x=0.015 mol/L，所以CO的平衡转化率为×100%=75%；

(4)对反应N2O4(g)2NO2(g)△H >0，由于该反应的正反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，NO2平衡时体积分数增大，根据图象可知NO2平衡时体积分数：A>B，说明温度：T2>T1。

A．A点、C点温度相同，A点压强小于C点的压强，增大压强，化学反应速率越大，则反应速率：AB，在相同压强下，升高温度，化学平衡向吸热的正反应方向移动，则NO2的体积分数增大，所以由状态B到状态A，可以用加热的方法，D正确；

E．化学平衡常数只与温度有关，A、C两点的温度相同，所以它们的平衡常数也相等，E错误；

故合理选项是D；

(5)NO2可用氨水吸收生成NH4NO3，25℃时，将m mol NH4NO3溶于水，溶液显酸性，是由于NH4+水解，消耗水电离产生的OH-，最终达到平衡时，溶液中c(H+)>c(OH-)，反应的离子方程式为：NH4++H2ONH3•H2O+H+；向其中加入氨水，使c(NH3•H2O)增大，抑制了铵根离子水解，水解平衡逆向进行，水的电离平衡逆向移动；将m mol NH4NO3溶于水，向该溶液滴加n L氨水后溶液呈中性，则根据电荷守恒计算可知，溶液中氢氧根离子浓度c(OH-)=10-7mol/L，NH3•H2O的电离平衡常数取Kb=2×10-5 mol/L，设混合后溶液体积为1 L，c(NH4+)=c(NO3-)=m mol/L；根据一水合氨电离平衡得到：NH3•H2ONH4++OH-，平衡常数K==2×10-5 mol/L，解得c(NH3•H2O)= mol/L；

(6)该原电池中，负极上失电子被氧化，发生氧化反应，所以负极上投放的气体是SO2，SO2失电子和水反应生成SO42-和H+，正极上投放的气体是O2，正极上O2得电子和H+反应生成水，根据硫酸和水的出口方向知，B极是负极，A极是正极，所以B极上的电极反应式为：SO2-2e-+2H2O═SO42-+4H+，原电池放电时，溶液中的H+由负极B移向正极A，所以其电池反应式为：2SO2+O2+2H2O=2H2SO4。