Question

空氣質量與我們的健康息息相關，目前我國通過監測6項污染物的質量濃度來計算空氣質量指數（AQI），SO₂、NO₂和CO是其中3項中的污染物。
（1）上述3種氣體直接排入空氣后會引起酸雨的氣體有                        （填化學式）。
（2）早期人們曾經使用鉛室法生產硫酸，其主要反應為：
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，發生反應：SO₂（g）＋NO₂（g）SO₃（g）＋NO（g）。下列事實中不能說明該反應達到平衡狀態的是         （選填序號）。
a．體系壓強保持不變          b．混合氣體的顏色保持不變
c．NO的物質的量保持不變    d．每生成1 mol SO₃的同時消耗1 mol NO₂
③測得②中反應5 min末到達平衡，此時容器中NO與NO₂的體積比為3︰1，則這段時間內SO₂的反應速率υ（SO₂）＝               ，此反應在該溫度下的平衡常數K＝                          。
（3）甲醇日趨成為重要的有機燃料，通常利用CO和H₂合成甲醇，其反應的化學方程式為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的平衡轉化率（α）與溫度（T）、壓強（P）的關系如圖所示：

①上述合成甲醇的反應為                 反應（填“放熱”或“吸熱”）。
②A、B、C三點的平衡常數K_A、K_B、K_C的大小關系為                     。
③若將達到平衡狀態A時生成的甲醇用于構成甲醇一氧氣燃料電池，電解質溶液為KOH濃溶液，則該電池工作時正極的電極反應式為                                                  ，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為硫酸和硝酸，從而形成酸雨。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，則根據蓋斯定律可知前者減去后者即得到反應2SO₂（g）＋2NO₂（g）2SO₃（g）＋
2NO（g），因此反應SO₂（g）＋NO₂（g）SO₃（g）＋NO（g）  ΔH＝kJ·mol^－1。
②在一定條件下，當可逆反應的正反應速率和逆反應速率相等時（但不為0），反應體系中各種物質的濃度或含量不再發生變化的狀態，稱為化學平衡狀態，據此可以判斷。A、根據反應式可知，反應前后氣體的體積不變，因此壓強始終是不變，則體系壓強保持不變不能說明反應達到平衡狀態；b、顏色的深淺與NO₂的濃度有關系，所以當混合氣體的顏色保持不變時，則說明NO₂的濃度不再發生變化，因此反應達到平衡狀態；c、NO的物質的量保持不變說明正逆反應速率相等，達到平衡狀態；d、每生成1 mol SO₃的同時，一定消耗1 molNO₂，因此該關系是始終成立的，不能說明反應達到平衡狀態，答案選ad。
③             SO₂（g）＋NO₂（g）SO₃（g）＋NO（g）
起始量（mol）   1       1           0        0
轉化量（mol）   x       x           x        x
平衡量（mol）  1－x   1－x          x        x
由于平衡時容器中NO與NO₂的體積比為3︰1
則3－3x＝x
解得x＝0.75mol
所以平衡時消耗SO₂的濃度是0.75mol÷2L＝0.375mol/L
則這段時間內SO₂的反應速率υ（SO₂）＝0.375mol/L÷5min＝0.075mol/（L?min）
由于反應前后體積不變，所以可以用物質的量代替濃度計算平衡常數
則此反應在該溫度下的平衡常數K＝＝9
（3）①根據圖像可知，在壓強不變的條件下，隨著溫度的升高，CO的轉化率降低。這說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，因此正方應是放熱反應。
②平衡常數只與溫度有關系，A和B兩點溫度相同，則平衡常數相等。升高溫度平衡向逆反應方向移動，平衡常數減小，所以三點平衡常數的大小關系是K_a＝K_b＞K_C。
③原電池中負極失去電子，發生氧化反應。正極得到電子，發生還原反應。所以在燃料電池中燃料在負極通入，氧氣或空氣在正極通入。由于電解質是氫氧化鉀溶液，顯堿性，所以正極電極反應式為O₂ + 2H₂O + 4e^－＝4OH^－；根據圖像可知A點CO的轉化率是0.5，則平衡常數生成甲醇的物質的量是10mol×0.5＝5mol。甲醇中碳元素的化合價是－2價，反應后被氧化為＋4價，失去6個電子，所以5mol甲醇反應轉移電子的物質的量是5mol×6＝30mol。