Question

研究NO₂、SO₂ 、CO等大氣污染氣體的測量及處理具有重要意義。
（1）I₂O₅可使H₂S、CO、HC1等氧化，常用于定量測定CO的含量。已知：
2I₂(s)+5O₂(g)＝2I₂O₅(s)         △H＝－75.56  kJ·mol^－1
2CO(g)+O₂(g)＝2CO₂(g)       △H＝－566.0  kJ·mol^－1
寫出CO(g)與I₂O₅(s)反應生成I₂(s)和CO₂(g)的熱化學方程式：                                     。
（2）一定條件下，NO₂與SO₂反應生成SO₃和NO兩種氣體：NO₂(g)+SO₂(g)SO₃(g)+NO(g)將體積比為1∶2的NO₂、SO₂氣體置于密閉容器中發生上述反應，下列能說明反應達到平衡狀態的是                     。
a．體系壓強保持不變
b．混合氣體顏色保持不變
c．SO₃和NO的體積比保持不變
d．每消耗1molSO₂的同時生成1molNO
測得上述反應平衡時NO₂與SO₂體積比為1∶6，則平衡常數K＝                 。
（3）從脫硝、脫硫后的煙氣中獲取二氧化碳，用二氧化碳合成甲醇是碳減排的新方向。將CO₂轉化為甲醇的熱化學方程式為：CO₂  (g)＋3H₂(g)  CH₃OH(g)＋H₂O(g)   △H₃
①取五份等體體積CO₂和H₂的的混合氣體 （物質的量之比均為1：3），分別加入溫度不同、容積相同的恒容密閉容器中，發生上述反應，反應相同時間后，測得甲醇的體積分數φ(CH₃OH) 與反應溫度T的關系曲線如圖所示，則上述CO₂轉化為甲醇反應的△H₃                     0（填“＞”、“＜”或“＝”）。

②在容積為1L的恒溫密閉容器中充入1molCO₂和3molH₂，進行上述反應。測得CO₂和CH₃OH(g)的濃度隨時間變化如下左圖所示。若在上述平衡體系中再充0.5molCO₂和1.5mol水蒸氣（保持溫度不變），則此平衡將                       移動（填“向正反應方向”、“不”或“逆反應方向”）。
         
③直接甲醇燃料電池結構如上右圖所示。其工作時負極電極反應式可表示為                      。

Answer 1

（1）5CO(g)+I₂O₅(s)＝5CO₂(g)+I₂(s)     △H＝－1377.22kJ/mol
（2）b      2.67或8/3 （3）①＜             ②不         ③CH₃OH－6e^－＋H₂O＝6H^＋＋CO₂

解析試題分析：（1）根據反應①2I₂(s)+5O₂(g)＝2I₂O₅(s)     △H＝－75.56  kJ·mol^－1、②2CO(g)+O₂(g)＝2CO₂(g)       △H＝－566.0  kJ·mol^－1并依據蓋斯定律可知，（②×5－①）÷2即得到反應5CO(g)+I₂O₅(s)＝5CO₂(g)+I₂(s)，所以該反應的反應熱△H＝（－566.0  kJ/mol×5＋75.56  kJ/mol）÷2＝－1377.22kJ/mol。
（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。該反應是反應前后氣體分子數不變的反應，故體系的壓強保持不變，故a不能說明反應已達到平衡狀態；顏色深淺和濃度有關系，隨著反應的進行，NO₂的濃度減小，顏色變淺，故b可以說明反應已達平衡；SO₃和NO都是生成物，比例保持1:1，故c不能作為平衡狀態的判斷依據；根據方程式可知，每消耗1molSO₂的同時一定生成1molNO ，即d中所述的兩個速率方向相同，不能作為平衡狀態的判斷依據，所以正確的答案選b。反應前后體積不變，因此可以用物質的量表示濃度計算平衡常數，則
NO₂(g)+SO₂(g)SO₃(g)+NO(g)
起始量（mol）    n       2n       0      0
轉化量（mol）    x       x         x      x
平衡量（mol）    n－x    2n－x    x      x
則根據平衡時NO₂與SO₂體積比為1∶6可知6×（n－x）＝2n－x
解得x＝0.8n
所以該反應的平衡常數K＝＝＝
（3）①由圖可知最高點反應到達平衡，達平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反應進行，升高溫度平衡向吸熱方向進行，逆反應為吸熱反應，則正反應為放熱反應，即△H₃＜0。
②根據圖像可知，平衡時甲醇的濃度是0.75mol/L，則根據反應方程式CO₂  (g)＋3H₂(g)  CH₃OH(g)＋H₂O(g)可知，消耗CO₂和氫氣的濃度分別是0.75mol/L和2.25mol/L，生成水蒸氣的濃度是0.75mol/L。則平衡時CO₂和氫氣的濃度分別是1mol/L－0.75mol/L＝0.25mol/L、3mol/L－2.25mol/L＝0.75mol，所以該反應的平衡常數K＝＝＝。若在上述平衡體系中再充0.5molCO₂和1.5mol水蒸氣（保持溫度不變），則此時濃度商為＝＝，所以此平衡將不移動。
③原電池中正極得到電子，發生還原反應，因此氧氣在正極通入，氧氣得電子和氫離子反應生成水，電極反應式為O₂+4e^-+4H⁺＝2H₂O。負極失去電子，發生氧化反應，因此甲醇在負極通入，電極反應式為CH₃OH－6e^－＋H₂O＝6H^＋＋_CO2。
考點：考查反應熱的計算、平衡狀態的判斷、平衡常數計算和應用、外界條件對平衡狀態的影響以及電極反應式的書寫等