Question

（16分）碳及其化合物與人類生產、生活密切相關。請回答下列問題：
（1）在化工生產過程中，少量CO的存在會引起催化劑中毒。為了防止催化劑中毒，常用SO₂將CO氧化SO₂被還原為S。
已知： C(s)+（g）=CO（g）ΔH₁=-126．4kJ/mol        ①
C(s)+O₂（g）=CO₂（g）  ΔH₂= －393．5kJ·mol^－1       ②
                 S(s)+O₂（g）=SO₂（g）   ΔH₃= －296．8kJ·mol^－1         ③
則SO₂氧化CO的熱化學反應方程式：                              
（2）CO可用于合成甲醇，反應方程式為CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)。

①CO在不同溫度下的平衡轉化率與壓強的關系如圖1所示，該反應ΔH     0（填“>”或“ <”）。
圖2表示CO的轉化率與起始投料比[ n(H₂)/n(CO)]、溫度的變化關系，曲線I、II、III對應的平衡常數分別為K₁、K₂、K₃，則K₁、K₂、K₃的大小關系為         ；測得B(X₁,60)點氫氣的轉化率為40%，則x₁=        。
②在恒容密閉容器里按體積比為1:2充入一氧化碳和氫氣，一定條件下反應達到平衡狀態(tài)。當改變反應的某一個條件后，下列變化能說明平衡一定向正反應方向移動的是      （填序號）。

A．正反應速率先增大后減小	B．逆反應速率先增大后減小
C．化學平衡常數K值增大	D．反應物的體積百分含量增大

E． 混合氣體的密度增大
③一定條件下，將2molCO和2molH₂置于容積為2L固定的密閉容器中發(fā)生上述反應，反應達到平衡時CO與H₂體積之比為2∶1，則平衡常數K＝              。
（3）最新研究發(fā)現，用隔膜電解法可以處理高濃度乙醛廢水。
原理：使用惰性電極電解，乙醛分別在陰、陽極轉化為乙醇和乙酸，
總反應為:2CH₃CHO+H₂OCH₃CHOH+CH₃CHOOH。
實驗室中，以一定濃度的乙醛-Na₂SO₄溶液為電解質溶液，模擬乙醛廢水的 處理過程，其裝置示意圖如圖所示：

①電解過程中，兩極除分別生成乙酸和乙醇外，均產生無色氣體，陽極電極反應分別為：
4OH^－-4e^－═O₂↑+2H₂O；                                   。
②在實際工藝處理過程中，陰極區(qū)乙醛的去除率可達60%。若在兩極區(qū)分別注入1m³乙醛的含量為300mg/L的廢水，可得到乙醇        kg(計算結果保留2位小數）

Answer 1

（16分）
（1） SO₂（g）+2CO（g）=S(s)+2CO₂（g）  ΔH=-237．4kJ·mol^－1（3分）
（2）①＜（1分）   K₁>K₂>K₃（2分）  3 （2分）
②A C （2分）  ③4．5 L²·mol^-2  (不帶單位不扣分)（2分）
（3）①CH₃CHO－2e^－+H₂O═CH₃COOH+2H⁺  （2分）   ②0.19（2分)

解析試題分析：（1）根據蓋斯定律得，目標方程式=②×2-①×2-③，ΔH=（－393．5kJ·mol^－1）×2-（-126．4kJ/mol）×2-（－296．8kJ·mol^－1）=-237．4kJ·mol^－1，所以所求熱化學方程式為SO₂（g）+2CO（g）=S(s)+2CO₂（g）  ΔH=-237．4kJ·mol^－1；
（2）①由圖1可知，溫度升高CO的轉化率降低，說明升高溫度，平衡逆向移動，正向是放熱反應，ΔH<0；n(H₂)/n(CO)一定時，CO的轉化率Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ，轉化率高的平衡常數大，所以K₁、K₂、K₃的大小關系為K₁>K₂>K₃測得B(X₁,60)點氫氣的轉化率為40%，CO的轉化率是60%，設B點時CO、H₂的物質的量分別是m、n，可得60%m=40%n/2，所以n/m=3,即x₁=3；
②A、增大反應物濃度，正反應速率先增大后減小，說明平衡正向移動，正確；B、增大生成物濃度，逆反應速率先增大后減小，說明平衡逆向移動，錯誤；C、降低溫度，K值增大，說明生成物濃度增大，反應物濃度減小，平衡正向移動，正確；D、減小壓強，平衡逆向移動，反應物的體積百分含量增大，錯誤；E、恒容條件時混合氣體的密度增大，說明容器中氣體質量增加，可能是反應物也可能是生成物，平衡移動方向不確定，錯誤，答案選AC；
③設平衡時CO的濃度是x，則氫氣的濃度是2x-1，生成甲醇的濃度是1-x，根據題意得：x/(2x-1)=2:1,x=2/3mol/L,所以K=(1-x)/x·(2x-1)²=4．5 L²·mol^-2
（3）①陽極發(fā)生氧化反應，乙醛被氧化為乙酸，氫氧根離子被氧化為氧氣，則陰極發(fā)生還原反應，乙醛被還原為乙醇，同時氫離子被還原為氫氣，所以陽極電極反應式除生成氧氣外，還有CH₃CHO－2e^－+H₂O═CH₃COOH+2H⁺
②陰極反應是CH₃CHO+2e^－+2H⁺=CH₃CH₂OH，所以注入1m³乙醛的含量為300mg/L的廢水，陰極區(qū)乙醛的去除率可達60%，生成乙醇的質量是1000L×300mg/L×60%×10^-3g/mg÷44g/mol×46g/mol=188．2g=0.19kg。
考點：考查蓋斯定律的應用，化學平衡圖像的分析及平衡理論應用，電化學原理的應用