Question

（15分）研究NO₂、SO₂ 、CO等大气污染气体的测量及处理具有重要意义。

⑴I₂O₅可使H₂S、CO、HC1等氧化，常用于定量测定CO的含量。已知：

2I₂(s) + 5O₂(g)= 2I₂O₅(s)     △H=－75.56 kJ·mol^－1

2CO(g) + O₂(g)= 2CO₂(g)    △H=－566.0 kJ·mol^－1

写出CO(g)与I₂O₅(s)反应生成I₂(s)和CO₂(g)的热化学方程式：                         。

⑵一定条件下，NO₂与SO₂反应生成SO₃和NO两种气体。将体积比为1∶2的NO₂、SO₂气体置于密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是                    ，

a．体系压强保持不变                      b．混合气体颜色保持不变

c．SO₃和NO的体积比保持不变            d．每消耗1 mol SO₂的同时生成1 molNO

测得上述反应平衡时NO₂与SO₂体积比为1∶6，则平衡常数K＝                      。

⑶从脱硝、脱硫后的烟气中获取二氧化碳，用二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向。将CO₂转化为甲醇的热化学方程式为：CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g)  △H₃

①取五份等体体积CO₂和H₂的的混合气体 （物质的量之比均为1：3），分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中，发生上述反应，反应相同时间后，测得甲醇的体积分数φ(CH₃OH) 与反应温度T的关系曲线如图所示，则上述CO₂转化为甲醇反应的△H₃           0（填“＞”、“＜”或“＝”）。

②在容积为1L的恒温密闭容器中充入1 mol CO₂和3 mol H₂，进行上述反应。测得CO₂和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如下左图所示。若在上述平衡体系中再充0.5 mol CO₂和1.5 mol H₂O(g) （保持温度不变），则此平衡将            移动（填“向正反应方向”、“不”或“逆反应方向”）

     

③直接甲醇燃料电池结构如上右图所示。其工作时负极电极反应式可表示为            。

Answer

⑴5CO(g) + I2O5(s)=5CO2(g) + I2(s)   △H=－1377.22kJ·mol－1（3分）

⑵b （2分）  2.67或8/3（3分）

⑶ ①＜（2分）       ②不（2分）           ③CH3OH－6e－＋H2O＝6H＋＋CO2（3分）

【解析】（1）考查盖斯定律的应用。根据反应①2I2(s) + 5O2(g)= 2I2O5(s)和反应②2CO(g) + O2(g)= 2CO2(g)可知，②×2.5－①÷2即得到5CO(g) + I2O5(s)=5CO2(g) + I2(s)，所以该反应的反应热是－566.0 kJ·mol－1×2.5＋75.56 kJ·mol－1÷2＝－1377.22kJ·mol－1。

（2）反应NO2（g）+SO2（g）SO3（g）+NO（g）是体积不变的、吸热的可逆反应，因此a不能说明。颜色的深浅与气体的浓度大小有关，而在反应体系中只有二氧化氮是红棕色气体，所以混合气体颜色保持不变时即说明NO2的浓度不再发生变化，因此b可以说明；SO3和NO是生成物，因此在任何情况下二者的体积比总是满足1：1，c不能说明；SO3和NO2一个作为生成物，一个作为反应物，因此在任何情况下每消耗1 mol SO3的同时必然会生成1 molNO2，因此d也不能说明；设NO2的物质的量为1mol，则SO2的物质的量为2mol，参加反应的NO2的物质的量为xmol。 则

NO2（g）+SO2（g）SO3（g）+NO（g）

起始量（mol）        1         2              0        0

转化量（mol）        x         x              x         x

平衡量（mol）      1－x      2－x             x         x

所以有，解得x＝0.8

所以平衡常数为

   （3）①根据图像可知，当甲醇的含量达到最大值时，如果继续升高温度，甲醇的含量反而降低，这说明升高温度平衡向逆反应方向移动，即正反应是放热反应。

②根据图像可知平衡时CO2、氢气、甲醇和水蒸气的物质的量分别是0.25mol、0.75mol、0.75mol和0.75mol，所以平衡常数为。若在上述平衡体系中再充0.5 mol CO2和1.5 mol H2O(g)，则此时，所以平衡不移动。

（3）甲醇失电子，所以在负极通入。根据电解质可知，负极电极反应式为CH3OH－6e－＋H2O＝6H＋＋CO2。