Question

【題目】煤炭燃燒時產生大量SO2、NO對壞境影響極大。

(1)使用清潔能源可有效減少SO2等的排放。煤的液化是現代能源工業中重點推廣的能源綜合利用方案，最常見的液化方法為用煤生產CH3OH。已知制備甲醇的有關化學反應及平衡常數如下:

i:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-90.8kJ/mol

ii:C0(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H2=-41.2kJ/mol

iii:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H3

850℃時，三個反應的平衡常數分別為K1=160、K2=243、K3=160。甲醇還可以與乙酸反應制香料，反應為:CH3OH(l)+CH3COOH(l)CH3COOCH3(l)+H2O(l)

①△H3=_______制香料反應的平衡常數K 的表達式為____________。

②850℃時，在密閉容器中進行反應i,開始時只加入CO2、H2，反應10min后測得各組分的濃度如下表。比較正、逆反應的速率的大小：V正_____V逆 (填“>”、“<”或“=”)。

物質	H2	CO2	CH3OH	H2O
濃度/mol/L	0.2	0.2	0.4	0.4

(2)研究人員發現，將煤炭在O2/CO2的氣氛下燃燒，能夠降低然煤時NO的排放，主要反應為:2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)。在一定溫度下,于2L的恒容密閉容器中充入0.1molNO和0.3molCO發生該反應，如圖為容器內的壓強(p)與起始壓強(p0)的比值(p/p0)隨時間的變化曲線。

①0～5min內，該反應的平均反應速率V(N2)=______；平衡時NO的轉化率為________。

②若13min時，向該容器中再充入0.06molCO，15min時再次達到平衡，此時容器內p/p0的比值應在圖中A點的______(填"上方”或“方”)。

(3)以連二硫酸鹽(S2O42-)為媒介，使用間接電化學法也可處理燃煤煙氣中的NO)，裝置如圖所示:

①陰極區的電極反應式為_________。

②NO吸收轉化后的主要產物為NH4+，若通電時電路中轉移了0.3mole-，則此通電過程中理論上吸收的NO在標準狀況下的體積為_______mL。

Answer 1

【答案】 -132.0kJ/mol > 3×10-3mol/(L·min) 80% 下方 2SO32-+4H++2e-=S2O42-+2H2O 1344

【解析】（1）①反應ⅲ＝反應ⅰ＋反應ⅱ，所以△H3＝△H1＋△H2＝-90.8＋(-41.2)＝－132.0kJ/mol。該反應的平衡常數表達式為K＝。注意這里的水不是溶劑所以應該有濃度，不能視為1。②10min時反應ⅰ的濃度商Q＝＜K1=160，所以反應正在向正反應方向進行，V正＞V逆。

（2）①同溫同體積下，壓強的比等于氣體的物質的量的比，5分鐘的時候壓強是初始壓強的0.925倍，所以氣體的物質的量是初始物質的量的0.925倍，即5分鐘的時候物質的量為(0.1+0.3)×0.925＝0.37mol，減少了0.03mol氣體。反應為2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)，每反應2molNO和2molCO生成1molN2和2molCO2，氣體的物質的量會減少1mol，所以可以認為每生成1molN2會減少1mol氣體。上面計算出來氣體減少了0.03mol，所以生成0.03molN2，則 。達平衡時的壓強是初始壓強的0.9倍，所以平衡時的總物質的量為(0.1+0.3)×0.9＝0.36mol，氣體的物質的量一共減少0.04mol，由上所述可以得到：生成0.04molN2，所以反應的NO為0.08mol，其轉化率為0.08÷0.1＝80%。②根據①中計算的數據，第一次達平衡時，總物質的量為0.36mol，加入0.06molCO，瞬間總物質的量變為0.42mol，此時p/p0＝0.42/0.4＝1.05（就是A點的縱坐標）。因為加入CO，所以反應的平衡向正反應方向移動，氣體的物質的量還會減少，所以p/p0的數值會減小，達到新平衡時，p/p0的數值一定在A點下方。

（3）①陰極應該是將SO32-得電子轉化為S2O42-，即將+4價S轉化為+3價的S，所以2個SO32-得2個電子轉化為1個S2O42-，反應物中再補充氫離子，生成物補充水分子，根據原子個數守恒和電荷守恒配平得到：2SO32-+4H++2e-=S2O42-+2H2O。②NO吸收轉化后的主要產物為NH4+，即N的化合價由+2降低為-3，所以1個NO得到5個電子，即NO的物質的量是轉移電子的物質的量的1/5，當轉移0.3mole-時反應的NO為0.06mol，體積為1344mL。