Question

【題目】(1) 工業上利用CO2生產甲醇燃料,反應方程式為：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH=-49.0 kJ·mol-1。將6 mol CO2和8 mol H2充入容積為2 L的密閉容器中(溫度不變),H2的物質的量隨時間變化如下圖實線所示(圖中字母后的數字表示對應坐標)。

①該反應在0-8 min內CO2的平均反應速率為_______。

②第12 min后,保持溫度不變,向該密閉容器中再充入1 mol CO2(g)和3 mol H2O(g),則v正_____v逆(填“>”、“<”或“=”)。

③僅改變某一條件再進行實驗,測得H2物質的量變化如上圖虛線所示。與實線相比,曲線Ⅰ改變的條件可能是______,曲線Ⅱ改變的條件可能是________。

④在一定溫度下,在容積為2L的兩個相同密閉容器中,按如下方式加入反應物,一段時間后達到平衡。

容器	甲	乙
反應物 投入量	1molCO2、3molH2	xmolCO2、ymolH2、zmolCH3OH(g)、zmolH2O(g)

若甲中平衡后氣體的壓強為開始的0.8倍,要使平衡后乙與甲中相同組分的體積分數相等,且起始時維持化學反應向逆反應方向進行,則z的取值范圍為______。

（2）①將等物質的量的SO2與NH3溶于水充分反應，所得溶液呈_______性，該溶液中各離子濃度由大到小的順序為：________________,所得溶液中c（H+）－c（OH－）=___________（填寫表達式）（已知：H2SO3：Ka1=1.7×10﹣2，Ka2=6.0×10﹣8，NH3H2O：Kb=1.8×10﹣5）

②采用下圖裝置將SO2轉化為重要化工原料。若A為SO2,B為O2,則A為_____極,該極電極反應式為_______________。

Answer 1

【答案】 0.125 mol·L-1·min-1 < 升溫 加壓 0.4<z≤1 酸 c(NH4+)＞c(HSO3－)＞c(H+)＞c(SO32－-)＞c(OH－) c(HSO3－) + 2c(SO32－) －c(NH4+) 或 c(SO32－) + c(NH3·H2O) － c(H2SO3) 負 SO2-2e-+2H2O4H++SO42-

【解析】（1）①該反應在0～8 min內氫氣減少了8mol-2mol=6mol，則根據方程式可知消耗CO2是2mol，濃度是1.0mol/L，所以CO2的平均反應速率為1.0mol/L÷8min＝0.125 mol·L-1·min-1。②根據圖像可知平衡時氫氣是2mol，CO2是6mol－2mol＝4mol，生成甲醇和水蒸氣均是2mol，濃度分別是（mol/L）2、1、1、1，因此該溫度下平衡常數K＝。第12 min后，保持溫度不變，向該密閉容器中再充入1 mol CO2(g)和3 mol H2O(g)，則濃度熵Q＝＞0.5，反應向逆反應方向進行，則v正＜v逆。③僅改變某一條件再進行實驗,測得H2物質的量變化如上圖虛線所示。與實線相比，曲線Ⅰ到達平衡的時間減少，且平衡時氫氣的物質的量增加，平衡向逆反應方向進行，由于正反應是放熱的體積減少的可逆反應，因此改變的條件可能是升高溫度。曲線Ⅱ到達平衡的時間減少，且平衡時氫氣的物質的量減少，平衡向正反應方向進行，因此改變的條件可能是增大壓強。④根據題意可知甲、乙達到的平衡是等效平衡，先計算甲中平衡時各物質的物質的量，設甲中二氧化碳的物質的量減少xmol，則

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

開始（mol） 1 3 0 0

轉化（mol） x 3x x x

平衡（mol） 1-x 3-3x x x

根據題意，1-x+3-x+x+x=0.8×(1+3)mol，解得x=0.4mol，因為乙是從逆反應開始的，所以z>0.4mol，又因為二者是等效平衡，將甲的反應物完全轉化為生成物時，甲醇的物質的量是1mol，水蒸氣的物質的量是1mol，所以z ≤1mol，因此z的取值范圍是0.4＜z ≤1。（2）①將等物質的量的SO2與NH3溶于水充分反應生成亞硫酸氫銨，亞硫酸的第一步電離常數大于一水合氨，說明銨根的水解程度大于亞硫酸氫根離子，因此所得溶液呈酸性，該溶液中各離子濃度由大到小的順序為c(NH4+)＞c(HSO3－)＞c(H+)＞c(SO32－-)＞c(OH－)。所得溶液中根據電荷守恒可知c（H+）－c（OH－）= c(HSO3－) + 2c(SO32－) －c(NH4+)或者依據質子守恒可知c（H+）－c（OH－）= c(SO32－) + c(NH3·H2O) － c(H2SO3)；② SO2失去電子轉化為硫酸，則若A為SO2，B為O2，則A為負極，該極電極反應式為SO2-2e-+2H2O＝4H++SO42-。