Question

空氣質(zhì)量與我們的健康息息相關(guān)，目前我國通過監(jiān)測6項(xiàng)污染物的質(zhì)量濃度來計(jì)算空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI），SO₂、NO₂和CO是其中3項(xiàng)中的污染物。
（1）上述3種氣體直接排入空氣后會(huì)引起酸雨的氣體有                        （填化學(xué)式）。
（2）早期人們曾經(jīng)使用鉛室法生產(chǎn)硫酸，其主要反應(yīng)為：
SO₂（g）＋NO₂（g）SO₃（g）＋NO（g）
①若已知2SO₂（g）＋O₂（g）2SO₃（g）  ΔH＝a kJ·mol^－1
2NO（g）＋O₂（g）2NO₂（g）    ΔH＝b kJ·mol^－1
則SO₂（g）＋NO₂（g）SO₃（g）＋NO（g）  ΔH＝               kJ·mol^－1。
②一定溫度下，向固定體積為2 L的密閉容器中充入SO₂和NO₂各1 mol，發(fā)生反應(yīng)：SO₂（g）＋NO₂（g）SO₃（g）＋NO（g）。下列事實(shí)中不能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是         （選填序號）。
a．體系壓強(qiáng)保持不變          b．混合氣體的顏色保持不變
c．NO的物質(zhì)的量保持不變    d．每生成1 mol SO₃的同時(shí)消耗1 mol NO₂
③測得②中反應(yīng)5 min末到達(dá)平衡，此時(shí)容器中NO與NO₂的體積比為3︰1，則這段時(shí)間內(nèi)SO₂的反應(yīng)速率υ（SO₂）＝               ，此反應(yīng)在該溫度下的平衡常數(shù)K＝                          。
（3）甲醇日趨成為重要的有機(jī)燃料，通常利用CO和H₂合成甲醇，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO（g）＋2H₂（g）CH₃OH（g）。今在一容積可變的密閉容器中，充有10 mol CO和20 mol H₂，用于合成甲醇。CO的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與溫度（T）、壓強(qiáng)（P）的關(guān)系如圖所示：

①上述合成甲醇的反應(yīng)為                 反應(yīng)（填“放熱”或“吸熱”）。
②A、B、C三點(diǎn)的平衡常數(shù)K_A、K_B、K_C的大小關(guān)系為                     。
③若將達(dá)到平衡狀態(tài)A時(shí)生成的甲醇用于構(gòu)成甲醇一氧氣燃料電池，電解質(zhì)溶液為KOH濃溶液，則該電池工作時(shí)正極的電極反應(yīng)式為                                                  ，理論上通過外電路的電子最多為                       mol。

Answer 1

（1）（2分） SO₂、NO₂ （2）（8分）①   ②ad   ③0.075mol/（L?min）  9
（3）（6分）①放熱（1分） ②K_a＝K_b＞K_C（1分） ③O₂ + 2H₂O + 4e^－＝4OH^－（2分） 30（2分）

試題分析：（1）SO₂和NO₂排入大氣中最終分別變?yōu)榱蛩岷拖跛幔瑥亩�形成酸雨。CO不能形成酸雨。
（2）①若已知2SO₂（g）＋O₂（g）2SO₃（g）    ΔH＝a kJ·mol^－1、2NO（g）＋O₂（g）2NO₂（g）    ΔH＝b kJ·mol^－1，則根據(jù)蓋斯定律可知前者減去后者即得到反應(yīng)2SO₂（g）＋2NO₂（g）2SO₃（g）＋
2NO（g），因此反應(yīng)SO₂（g）＋NO₂（g）SO₃（g）＋NO（g）  ΔH＝kJ·mol^－1。
②在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)的正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等時(shí)（但不為0），反應(yīng)體系中各種物質(zhì)的濃度或含量不再發(fā)生變化的狀態(tài)，稱為化學(xué)平衡狀態(tài)，據(jù)此可以判斷。A、根據(jù)反應(yīng)式可知，反應(yīng)前后氣體的體積不變，因此壓強(qiáng)始終是不變，則體系壓強(qiáng)保持不變不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；b、顏色的深淺與NO₂的濃度有關(guān)系，所以當(dāng)混合氣體的顏色保持不變時(shí)，則說明NO₂的濃度不再發(fā)生變化，因此反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；c、NO的物質(zhì)的量保持不變說明正逆反應(yīng)速率相等，達(dá)到平衡狀態(tài)；d、每生成1 mol SO₃的同時(shí)，一定消耗1 molNO₂，因此該關(guān)系是始終成立的，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，答案選ad。
③             SO₂（g）＋NO₂（g）SO₃（g）＋NO（g）
起始量（mol）   1       1           0        0
轉(zhuǎn)化量（mol）   x       x           x        x
平衡量（mol）  1－x   1－x          x        x
由于平衡時(shí)容器中NO與NO₂的體積比為3︰1
則3－3x＝x
解得x＝0.75mol
所以平衡時(shí)消耗SO₂的濃度是0.75mol÷2L＝0.375mol/L
則這段時(shí)間內(nèi)SO₂的反應(yīng)速率υ（SO₂）＝0.375mol/L÷5min＝0.075mol/（L?min）
由于反應(yīng)前后體積不變，所以可以用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算平衡常數(shù)
則此反應(yīng)在該溫度下的平衡常數(shù)K＝＝9
（3）①根據(jù)圖像可知，在壓強(qiáng)不變的條件下，隨著溫度的升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低。這說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，因此正方應(yīng)是放熱反應(yīng)。
②平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)系，A和B兩點(diǎn)溫度相同，則平衡常數(shù)相等。升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，所以三點(diǎn)平衡常數(shù)的大小關(guān)系是K_a＝K_b＞K_C。
③原電池中負(fù)極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。正極得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)。所以在燃料電池中燃料在負(fù)極通入，氧氣或空氣在正極通入。由于電解質(zhì)是氫氧化鉀溶液，顯堿性，所以正極電極反應(yīng)式為O₂ + 2H₂O + 4e^－＝4OH^－；根據(jù)圖像可知A點(diǎn)CO的轉(zhuǎn)化率是0.5，則平衡常數(shù)生成甲醇的物質(zhì)的量是10mol×0.5＝5mol。甲醇中碳元素的化合價(jià)是－2價(jià)，反應(yīng)后被氧化為＋4價(jià)，失去6個(gè)電子，所以5mol甲醇反應(yīng)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是5mol×6＝30mol。