Question

CO、SO₂是大气污染气体，利用化学反应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：CO+2H₂CH₃OH(g)。一定条件下，在容积为VL的密闭容器中充入a mol CO与2a mol H₂合成甲醇，平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。

(1)下列能说明反应达到平衡状态的是_______(填序号)。

①v_逆(CO)=2v_正(H₂)

②c(CO)=c(CH₃OH)

③混合气体的平均相对分子质量不变

④单位时间内生成2n mol H₂的同时生成n mol CH₃OH

(2)该反应在A点的平衡常数K_________(用a和V表示)。

(3)写出既能增大v(CO)又能提高CO转化率的一项措施：________。

Ⅱ.某学习小组以SO₂为原料，采用电化学方法制取硫酸。

(4)原电池原理：该小组设计的原理示意图(如图1所示)，写出该电池正极的电极反应式_______。

(5)电解原理：该小组用Na₂SO₃溶液充分吸收SO₂得到NaHSO₃溶液，然后电解该溶液制得了硫酸(原理如图2所示)。写出开始电解时阳极的电极反应式_______。

Ⅲ.硫代硫酸钠(Na₂S₂O₃)俗称大苏打，有着广泛的用途。用SO₂可制Na₂S₂O₃。某小组同学制备、预测并探究硫代硫酸钠的性质(反应均在溶液中进行)。

	预测	实验操作	实验现象
探究1	Na2S2O3溶液呈碱性	把pH试纸放在玻璃片上，用玻璃棒蘸取溶液滴在试纸上	pH=8
探究2	Na2S2O3具有还原性	向新制氯水中滴加Na2S2O3溶液	黄绿色颜色变浅，甚至褪去

(6)分析SO₂能制备Na₂S₂O₃的理论依据是_________。

(7)用离子方程式表示Na₂S₂O₃溶液具有碱性的原因_________。

(8)探究2反应的离子方程式为_________。

Answer

③④ 压缩体积或增大压强 O2+4e-+4H+=2H2O HSO3-+H2O-2e-=SO42-+3H+ 从氧化还原反应角度分析，SO2中S元素化合价为+4，Na2S2O3中S元素化合价为+2，S的化合价降低，加入合适的还原剂如S等就能实现转化 S2O32-+H2OHS2O3-+OH- S2O32-+4Cl2+5H2O=2SO42-+10H++8Cl-

【解析】

(1)可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆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反应进行发生变化，该物理量由变化到不再变化说明到达平衡；

(2)该反应的平衡常数K=，利用物质反应转化关系将A点时各物质的平衡浓度代入表达式中可得；

(3)影响反应速率的因素有温度、浓度、压强和催化剂，影响平衡移动的因素有温度、浓度和压强，提高CO转化率，应使平衡正向移动；

II.(4)依据原电池原理，负极是失电子发生氧化反应，二氧化硫失电子生成硫酸的过程；

(5)根据化合价变化判断阳极反应物质，写出阳极反应式；

III.(6)分析SO2和Na2S2O3中S元素化合价变化情况，结合氧化还原反应原理解答；

(7)Na2S2O3是强碱弱酸盐，水解显碱性；

(8)验证Na2S2O3具有还原性，通过观察新制氯水的变色情况验证。

I．(1)①2v逆(CO)=v正(H2)说明反应达到平衡状态，但v逆(CO)=2v正(H2)v说明反应逆向进行，①错误；

②c(CO)=c(CH3OH)时反应可能处于平衡状态，也可能未处于平衡状态，不能说明正、逆反应速率关系，不能据此判断反应是否处于平衡状态，②错误；

③该反应是气体体积不相等的反应，所以混合气体的平均相对分子质量不变，说明气体的总物质的量不变，反应达到平衡状态，③正确；

④单位时间内生成2n mol H2的同时生成n mol CH3OH，说明v逆(H2)=2v正(CH3OH)，说明反应达到平衡状态，④正确；

故合理选项是③④；

(2)对于反应CO+2H2CH3OH(g)，反应开始时n(CO)=a mol，n(H2)=2a mol，A点达到平衡时CO转化率为75%，则反应的CO的物质的量为a mol×75%=0.75a mol，反应的H2的物质的量是0.75a mol×2=1.5a mol，反应产生CH3OH的物质的量为0.75a mol，则平衡时各种气体的物质的量为n(CO)=a mol-0.75a mol=0.25a mol，n(H2)=2a mol-1.5a mol=0.5a mol，n(CH3OH)=0.75amol，由于容器的容积为V L，所以在该条件下，反应的化学平衡常数K=；

(3)既能增大v(CO)又能提高CO转化率，应使平衡正向移动，由于正反应放热，则应采取压缩容器的体积或增大压强的方法；

II．(4)该原电池中，负极上SO2失电子被氧化生成硫酸，正极上O2得到电子被还原，与溶液中的H+结合生成H2O，所以正极上的电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O；

(5)电解池中阳极和电源正极相连，失去电子，发生氧化反应，电解NaHSO3溶液可制得硫酸，硫的化合价升高，所以阳极是HSO3-溶液失去电子被氧化生成SO42-，则阳极电极反应式是：HSO3-+H2O-2e-=SO42-+3H+；

III．(6)SO2→Na2S2O3中S元素化合价由+4→+2，化合价降低，根据氧化还原反应规律可知：加入还原性的物质如S或Na2S等，就能实现SO2→Na2S2O3的转化；

(7)Na2S2O3是强碱弱酸盐，S2O32-水解消耗水电离产生的H+，最终达到平衡时溶液中c(OH-)＞c(H+)，所以溶液显碱性，H2S2O3是二元弱酸，所以S2O32-水解分步进行，但以第一步为主，水解的离子方程式为S2O32-+H2OHS2O3-+OH-；

(8)新制氯水的主要成分为Cl2，Cl2氧化S2O32-生成SO42-，Cl2得到电子被还原为Cl-，使氯水颜色变浅，甚至褪去，所以离子方程式为S2O32-+4Cl2+5H2O=2SO42-+10H++8Cl-。