CO、SO 2 是主要的大气污染气体,利用化学反应原理是治理污染的重要方法.
Ⅰ .甲醇可以补充和部分替代石油燃料,缓解能源紧张,利用 CO 可以合成甲醇.
( 1) 已知: CO(g)+1/2O 2 (g)═CO 2 (g)ΔH 1 =-283.0kJ·mol - 1
H 2 (g)+1/2O 2 (g)═H 2 O(l)ΔH 2 =-285.8kJ·mol - 1
CH 3 OH(g)+3/2O 2 (g)═CO 2 (g)+2H 2 O(l)ΔH 3 =-764.6 kJ·mol - 1
请写出 CO 与 H 2 合成甲醇蒸汽的热化学方程式 ____________________
( 2) 一定条件下,在溶剂为 VL 的密闭容器中充入 a molCO 与 2a molH 2 合成甲醇,平衡转化率与温度、压强的关系如图所示.
①该反应在 A 点的平衡常数 K= _________________ ( 用 a 和 V 表示 )
②下列能说明反应达到平衡状态的是 _____
A.v(CO)=v(H 2 ) B. 混合气体的密度不变
C. 混合气体的平均相对分子质量不变 D.c(CO)=c(H 2 )
③写出能增大 v(CO) 又能提高 CO 转化率的一项措施 _____________________________
Ⅱ .某学习小组以 SO 2 为原料,采用电化学方法制取硫酸。
( 3) 原电池原理:该小组设计的原理示意图如左下图,写出该电池负极的电极反应式 ______ 。
( 4) 电解原理:该小组用 Na 2 SO 3 溶液充分吸收 SO 2 得到 NaHSO 3 溶液,然后电解该溶液制得了硫酸。原理如图,写出开始电解时阳极的电极反应式 ________________ 。
( 5) 已知 25℃ 时由 Na 2 SO 3 和 NaHSO 3 形成的混合溶液恰好呈中性,则该混合溶液中各离子浓度的大小顺序为 ________________________________ ( 已知 25℃ 时, H 2 SO 3 的电离平衡常数 Ka 1 =1×10 -2 , Ka 2 =1×10 -7 )
CO(g)+2H 2 (g)===CH 3 OH(g) △ H=-90.1 kJ/mol C 压缩容器体积或增大体系压强 SO 2 -2e-+2H 2 O==SO 4 2- +4H + HSO 3 - -2e - +H 2 O=SO 4 2- +3H + c(Na + )> c(HSO 3 - )= c(SO 3 2- )> c(OH - )= c(H + )
【详解】
(1) ① CO(g)+1/2O 2 (g)═CO 2 (g)ΔH 1 =-283.0kJ·mol - 1 , ② H 2 (g)+1/2O 2 (g)═H 2 O(l)ΔH 2 =-285.8kJ·mol - 1 , ③ CH 3 OH(g)+3/2O 2 (g)═CO 2 (g)+2H 2 O(l)ΔH 3 =-764.6 kJ·mol - 1 ,由盖斯定律分析, ①+②×2-③ 得
CO(g)+2H 2 (g)===CH 3 OH(g) △ H=(-283.0-285.8×2+764.5)=-90.1 kJ/mol .
(2) CO(g)+2H 2 (g)===CH 3 OH
起始 a 2a 0
改变 0.75a 1.5a 0.75a
平衡 0.25a 0.5a 0.75a
平衡常数 K= = = 。 (3) A.v(CO)=v(H 2 ) 中不能反映正逆反应速率的关系,不能确定平衡状态,故错误; B. 反应体系都为气体,在体积不变的情况下,混合气体的密度始终不变,故不能说明反应到平衡,故错误; C. 混合气体的平均相对分子质量 =混合气体的总质量/混合气体的总物质的量,因为混合气体的总质量不变,但是混合气体的物质的量随着时间改变而改变,所以当混合气体的平均相对分子质量不变,可以说明反应到平衡,故正确; D. c(CO)=c(H 2 ) 不能说明反应到平衡,故错误。故选 C。 (4) 压缩容器体积或增大体系压强能增大 v(CO) 又能提高 CO 转化率。 (5) 该原电池中,负极上失去电子被氧化,二氧化硫到硫酸,硫的化合价升高,所以负极上投放的气体是二氧化硫,二氧化硫失去电子和水反应生成硫酸,电极反应为 SO 2 -2e-+2H 2 O==SO 4 2- +4H + 。 (6) 电解池中阳极和电源的正极相连,失去电子发生氧化反应,电解亚硫酸氢钠溶液可制得硫酸,硫的化合价升高,所以阳极室亚硫酸氢根离子溶液失去电子被氧化生成硫酸根离子,电极反应为: HSO 3 - -2e - +H 2 O=SO 4 2- +3H + 。 (7) 已知 25℃ 时, H 2 SO 3 的电离平衡常数 Ka 1 =1×10 -2 , Ka 2 =1×10 -7 ,可知亚硫酸根离子的水解常数为 ,可知亚硫酸钠的水解和亚硫酸氢钠的电离程度相等,则知道由亚硫酸钠和亚硫酸氢钠形成的混合溶液恰好呈中性,可知亚硫酸根离子和亚硫酸氢根离子浓度相等,则溶液中的离子浓度关系为: c(Na + )> c(HSO 3 - )= c(SO 3 2- )> c(OH - )= c(H + )。
【点睛】
可逆反应达到平衡时,同种物质的正逆反应速率相等且保持不变,各组分的浓度、含量保持不变,由此衍生的其它一些量不变,判断平衡的物理量应随着反应的进行发生变化,该物理量由变化到不再变化说明到平衡。
能量的相互转化:
化学反应中的能力变化表现为热量的变化。常见能量转化有:化学能和电能的相互转化、化学能和热能的相互转化、化学能和光能、风能的相互转化等。
如:燃料燃烧产生能量最终带动发电机发电,将化学能转化为电能;铜、锌形成原电池,将化学能转化为电能。
化学反应中的能力变化表现为热量的变化。常见能量转化有:化学能和电能的相互转化、化学能和热能的相互转化、化学能和光能、风能的相互转化等。
如:燃料燃烧产生能量最终带动发电机发电,将化学能转化为电能;铜、锌形成原电池,将化学能转化为电能。
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