Question

【題目】運用化學反應原理知識研究如何利用CO、SO2等有重要意義。

(1)用CO可以合成甲醇，已知：

CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-764.5 kJmol-1；

CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H=-283.0 kJmol-1；

H2(g)+O2(g)=H2O(l) △H=-285.8kJmol-1；

則CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H=___kJmol-1。

(2)下列措施中能夠增大上述合成甲醇反應的反應速率的是___(填寫序號)。

a.使用催化劑 b.降低反應溫度

c.增大體系壓強 d.不斷將CH3OH從反應混合物中分離出來

(3)在一定壓強下，容積為VL的容器中充入a mol CO與2a mol H2，在催化劑作用下反應生成甲醛，平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖1所示。

①P1___P2(填“大于”、“小于”或“等于”)；

②100℃時，該反應的化學平衡常數K=______；

③100℃，達到平衡后，保持壓強P1不變的情況下，向容器中通入CO、H2、CH3OH各0.5a mol，則平衡___(填“向左”“不”或“想右”)移動。

(4)利用原電池原理，用SO2和H2O來制備硫酸，該電池用多孔材料作電極，它能吸附氣體，同時也能使氣體與電解質溶液充分接觸，請寫出該電池的負極的電極反應式___；

(5)Na2SO3溶液與CaCl2溶液混合會生成難溶的CaSO3(Ksp=3.1×10-7)，現將等體積的CaCl2溶液與Na2SO3溶液混合，若混合前Na2SO3溶液的濃度為2×10-3 mol/L，則生成沉淀所需CaCl2溶液的最小濃度為______。用Na2SO3溶液充分吸收SO2得NaHSO3溶液，然后電解該溶液，電解原理示意圖如圖2所示。請寫出該電解池發生反應的化學方程式___。

Answer 1

【答案】-90.1 ac 小于 向左 SO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+ 6.2×10-4 mol/L 2NaHSO3+H2ONa2SO3+H2SO4+H2↑

【解析】

(1)已知：

①CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-764.5 kJ/mol；

②CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H=-283.0 kJ/mol；

③H2(g)+O2(g)=H2O(l) △H=-285.8 kJ/mol；

由蓋斯定律可知，②+③×2-①得到CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，△H=-283.0 kJ/mol-285.8 kJ/mol×2+764.5 kJ/mol=-90.1 kJ/mol；

(2)溫度越高、壓強越大，使用催化劑都可使反應速率增大，降低溫度反應速率減慢，從體系中分離出甲醇，相當于減少濃度，反應速率減慢，故合理選項為ac；

(3)①由圖1可知，溫度相同時，在壓強為P2時平衡時CO的轉化率高，由反應CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)可知壓強越大，越有利于平衡向正反應進行，所以壓強P1＜P2；

②由于平衡常數與壓強沒有關系，所以根據圖象可知，在100℃P1時，CO的轉化率是0.5，則由反應CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)可知：起始時，n(CO)= mol/L，n(H2)= mol/L，n(CH3OH)=0；由轉化率是0.5，則平衡時，n(CO)= mol/L，n(H2)= mol/L，n(CH3OH)= mol/L，所以平衡常數K==；

③在其它條件不變的情況下，向容器中通入CO、H2、CH3OH各0.5a mol，等效為減小氫氣的濃度，則平衡向逆反應移動，即平衡向左移動；

(4)該原電池中，負極上失電子被氧化，二氧化硫轉化為硫酸，硫的化合價升高，所以負極上投放的氣體是二氧化硫，二氧化硫失電子和水反應生成硫酸根離子和氫離子，所以負極上的電極反應式為：SO2-2e-+2H2O＝SO42-+4H+；

(5)Na2SO3溶液的濃度為2×10-3 mol/L，等體積混合后溶液中c(SO32-)=×2×10-3 mol/L=1×10-3 mol/L，根據Ksp=c(SO32-)c(Ca2+)=3.1×10-7可知，c(Ca2+)=mol/L=3.1×10-4 mol/L，原溶液CaCl2溶液的最小濃度為混合溶液中c(Ca2+)的2倍，故原溶液CaCl2溶液的最小濃度為6.2×10-4 mol/L，陽極是亞硫酸氫根氧化成硫酸根，而陰極是水中的氫離子放電生成氫氣，所以總的電解反應方程式為2NaHSO3+H2ONa2SO3+H2SO4+H2↑。