高三化學(xué)二輪復(fù)習(xí) 專題限時集訓(xùn)7 突破點(diǎn)11
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高三化學(xué)二輪復(fù)習(xí) 專題限時集訓(xùn)7 突破點(diǎn)11
專題限時集訓(xùn)(七) 突破點(diǎn)11
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1.(2016安徽江南十校高三期末聯(lián)考)研究CO、NO等大氣污染物的轉(zhuǎn)化有十分重要的意義。
(1)I2O5是一種白色固體,可以用來吸收轉(zhuǎn)化空氣中的CO,有關(guān)反應(yīng)原理如下:
I2O5(s)+5CO(g)I2(s)+5CO2(g) ΔH<0
①該可逆反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為_______________________。
②有關(guān)該可逆反應(yīng)的說法正確的是________(填字母)。
A.反應(yīng)物具有的總能量小于生成物具有的總能量
B.增加I2O5的投料量,有利于提高污染性氣體CO的轉(zhuǎn)化率
C.反應(yīng)體系中混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不變,表明該可逆反應(yīng)達(dá)到平衡
D.達(dá)到平衡后,其他條件不變,將反應(yīng)容器的體積壓縮至原來的一半,CO2的體積分?jǐn)?shù)不變
③我國規(guī)定空氣中CO的最大允許濃度為10 mg/m3,即1 m3空氣中最多只能含有10 mg CO。現(xiàn)將1 m3某空氣樣品通過盛有I2O5固體的加熱管充分反應(yīng)(假定反應(yīng)完全),用酒精水溶液溶解產(chǎn)物I2,定容至100 mL后取25.00 mL,用0.001 0 mol/L Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定,消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液21.80 mL。則空氣樣品中CO的濃度為________mg/m3。(已知:I2+2S2O===2I-+S4O)
(2)工業(yè)煙氣中通常含有大氣污染物NO,直接排放會嚴(yán)重危害人們的健康,所以煙氣排放前必須要經(jīng)過脫硝(除去氮氧化物),三聚氰酸是一種優(yōu)良的煙氣脫硝劑。
①三聚氰酸的結(jié)構(gòu)簡式如圖甲,它可以看作是三分子氰酸通過加成反應(yīng)得到的環(huán)狀化合物,請寫出氰酸的電子式:________________。
②三聚氰酸脫硝過程分為兩步反應(yīng):第一步反應(yīng)是三聚氰酸受熱分解生成異氰酸(H—N===C===O),第二步反應(yīng)是異氰酸HNCO與NO反應(yīng)轉(zhuǎn)化為兩種無毒氣體和水,請寫出第二步反應(yīng)的化學(xué)方程式并用單線橋法標(biāo)明電子的轉(zhuǎn)移方向和數(shù)目:__________________________。
③有研究者做三聚氰酸脫硝的實(shí)驗(yàn)中,得到在不同溫度條件下煙氣脫硝率的變化曲線如圖乙。在800 ℃以下脫硝率比較低的原因可能是___________;
從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看,三聚氰酸作為煙氣脫硝劑的最佳溫度是________。
[解析] (1)①I2O5和I2都是固體,不用寫入化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式中。②對于放熱反應(yīng),反應(yīng)物具有的總能量大于生成物具有的總能量,A錯誤;I2O5是固體,所以增加I2O5的量不能改變化學(xué)平衡狀態(tài),無法提高CO氣體的轉(zhuǎn)化率,B錯誤;對于可逆反應(yīng)I2O5(s)+5CO(g)I2(s)+5CO2(g) ΔH<0,當(dāng)平衡向正方向移動時,反應(yīng)體系中的氣體質(zhì)量在增大,反之質(zhì)量減小,而氣體總物質(zhì)的量始終保持不變,所以反應(yīng)體系中氣體的平均摩爾質(zhì)量不變就可以表明該可逆反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài),C正確;由于是反應(yīng)前后氣體等體積的可逆反應(yīng),所以只改變壓強(qiáng)不能影響化學(xué)平衡狀態(tài),D正確。③根據(jù)關(guān)系式:5CO~I(xiàn)2~2S2O可知n(CO)=n(S2O)=0.001 0 mol/L21.8010-3 L4=2.1810-4 mol,m(CO)=2.1810-4 mol28 g/mol=6.10410-3 g=6.104 mg,所以空氣樣品中CO的濃度為6.104 mg/m3。(2)①由三聚氰酸的結(jié)構(gòu)簡式不難得知氰酸分子的結(jié)構(gòu)為H—O—C≡N,則電子式為H::C??N:。②異氰酸HNCO中氮元素的化合價為-3價,NO中氮元素的化合價為+2價,兩者能發(fā)生歸中反應(yīng)而生成CO2和N2兩種無毒氣體。③在800 ℃以下三聚氰酸分解速率較低,導(dǎo)致異氰酸的量較少,不利于脫硝反應(yīng)的進(jìn)行,900 ℃以上三聚氰酸能完全分解生成大量的異氰酸,從而獲得較高的脫硝率。超過950 ℃時脫硝率雖仍然有所增大,但增大的幅度較小,從工業(yè)生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟(jì)效益考慮,950 ℃為最佳溫度。
[答案] (1)①K=?、贑D?、?.104
(2)①H::C??N:
②4HNCO+6N12e-O===5N2+4CO2+2H2O
③較低溫度下三聚氰酸的分解速率較低,導(dǎo)致還原NO的異氰酸量較少,脫硝率較低 950 ℃
2.(2016云南省統(tǒng)一檢測)二氧化碳的捕集與利用是實(shí)現(xiàn)溫室氣體減排的重要途徑之一。
(1)目前工業(yè)上使用的捕碳劑有NH3和(NH4)2CO3,它們與CO2可發(fā)生如下可逆反應(yīng):
2NH3(l)+H2O(l)+CO2(g)(NH4)2CO3(aq) K1
NH3(l)+H2O(l)+CO2(g)NH4HCO3(aq) K2
(NH4)2CO3(aq)+H2O(l)+CO2(g)2NH4HCO3(aq) K3
則K3=________(用含K1、K2的代數(shù)式表示)。
(2)利用CO2制備乙烯是我國能源領(lǐng)域的一個重要戰(zhàn)略方向,具體如下:
方法一:
CO2催化加氫合成乙烯,其反應(yīng)為2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) ΔH=a kJmol-1
起始時按n(CO2)∶n(H2)=1∶3的投料比充入20 L的恒容密閉容器中,不同溫度下平衡時H2和H2O的物質(zhì)的量如圖所示:
①a________(填“>”或“<”)0。
②下列說法正確的是________(填字母序號)。
A.使用催化劑,可降低反應(yīng)活化能,加快反應(yīng)速率
B.其他條件不變時,若擴(kuò)大容器容積,則v正減小,v逆增大
C.測得容器內(nèi)混合氣體密度不隨時間改變時,說明反應(yīng)已達(dá)平衡
③393 K下,H2的平衡轉(zhuǎn)化率為________(保留三位有效數(shù)字)。
④393 K下,該反應(yīng)達(dá)到平衡后,再向容器中按n(CO2)∶n(H2)=1∶3投入CO2和H2,則n(H2)/n(C2H4)將________(填“變大”“不變”或“變小”)。
方法二:
用惰性電極電解強(qiáng)酸性的二氧化碳水溶液可得到乙烯,其原理如圖所示。
⑤b電極上的電極反應(yīng)式為_______________________。
⑥該裝置中使用的是________(填“陰”或“陽”)離子交換膜。
[解析] (1)K1=,K2=,K3=,所以K3=。(2)①溫度升高,平衡時,產(chǎn)物水的物質(zhì)的量減小,說明該反應(yīng)正向?yàn)榉艧岱磻?yīng),即a<0。②A項(xiàng),催化劑能加快化學(xué)反應(yīng)速率的原因是降低了反應(yīng)的活化能,正確;B項(xiàng),其他條件不變,擴(kuò)大容器體積,相當(dāng)于降低反應(yīng)體系的壓強(qiáng),正、逆反應(yīng)速率都減小,錯誤;C項(xiàng),反應(yīng)體系中各物質(zhì)均為氣體,體積不變,混合氣體的密度一直不變,錯誤。
③ 2CO2(g)+6H2(g) C2H4(g)+4H2O(g)
開始(mol): n 3n 0 0
轉(zhuǎn)化(mol): x 3x x 2x
平衡(mol): n-x 3n-3x x 2x
從圖像可知3n-3x=42 mol,2x=58 mol,可知n=43 mol,x=29 mol,氫氣的平衡轉(zhuǎn)化率=100%≈67.4%。④當(dāng)再按1∶3投入CO2與H2時,相當(dāng)于在原來平衡的基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng),平衡正向移動,所以將變小。⑤b電極連著電源的負(fù)極作陰極,CO2在酸性條件下得到電子生成C2H4與H2O。⑥陽極為水失去電子生成氧氣,同時產(chǎn)生的氫離子通過離子交換膜進(jìn)入左側(cè)參與反應(yīng),所以離子交換膜為陽離子交換膜。
[答案] (1)
(2)①< ②A?、?7.4%?、茏冃 、?CO2+12e-+12H+===C2H4+4H2O ⑥陽
3.(2016咸陽一模)某市對大氣進(jìn)行監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)該市首要污染物為可吸入顆粒物PM2.5(直徑小于等于2.5 μm的懸浮顆粒物),其主要來源為燃煤、機(jī)動車尾氣等。因此,對PM2.5、SO2、NOx等進(jìn)行研究具有重要意義。請回答下列問題:
(1)對PM2.5樣本用蒸餾水處理制成待測試樣。若測得該試樣所含水溶性無機(jī)離子的化學(xué)組成分及其平均濃度如下表:
離子
K+
Na+
NH
Cl-
NO
SO
濃度/(molL-1)
410-6
610-6
210-5
210-5
310-5
410-5
根據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷PM2.5的酸堿性為________,試樣的pH=________。
(2)為減少SO2的排放,常采取的措施:
①將煤轉(zhuǎn)化為清潔氣體燃料。已知:
H2(g)+O2(g)===H2O(g) ΔH=-241.8 kJ/mol
C(s)+O2(g)===CO(g) ΔH=-110.5 kJ/mol
寫出焦炭與水蒸氣反應(yīng)的熱化學(xué)方程式:
______________________________________________________________
______________________________________________________________。
②洗滌含SO2的煙氣,以下物質(zhì)可作洗滌劑的是________。
a.CaCl2 b.NaHSO3 c.Ca(OH)2 d.Na2CO3
(3)汽車尾氣中NOx和CO的生成及轉(zhuǎn)化:
①已知?dú)飧字猩蒒O的反應(yīng)為N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH>0
若1 mol空氣含有0.8 mol N2和0.2 mol O2,1 200 ℃時在密閉容器內(nèi)反應(yīng)達(dá)到平衡。測得NO為610-4 mol,計(jì)算該溫度下的平衡常數(shù)K=________;汽車啟動后,氣缸溫度越高,單位時間內(nèi)NO排放量越大,原因是___________。
②汽車燃油不完全燃燒時產(chǎn)生CO,有人設(shè)想按下列反應(yīng)除去CO:
2CO(g)===2C(s)+O2(g),已知該反應(yīng)的ΔH>0,試從反應(yīng)的自發(fā)性原理分析該設(shè)想能否實(shí)現(xiàn)?________(填“能”或“不能”)。
[解析] (1)由電荷守恒可知:c(K+)+c(Na+)+c(H+)+c(NH)=c(OH-)+c(Cl-)+2c(SO)+c(NO),則c(H+)-c(OH-)=(210-5+2410-5+310-5-410-6-610-6-210-5) mol/L=10-4 mol/L,溶液呈酸性,溶液中H+離子濃度約為10-4,則pH=-lgc(H+)=4。(2)①由第二個反應(yīng)-第一個反應(yīng),可得C(s)+H2O(g)===H2(g)+CO(g),根據(jù)蓋斯定律,ΔH=-110.5 kJ/mol-(-241.8 kJ/mol)=+131.3 kJ/mol。②A項(xiàng),CaCl2與SO2不反應(yīng),不能作吸收劑,錯誤;B項(xiàng),NaHSO3與SO2不反應(yīng),不能作吸收劑,錯誤;C項(xiàng),可以發(fā)生反應(yīng):Ca(OH)2+SO2===CaSO3↓+H2O,正確;D項(xiàng),可以發(fā)生反應(yīng):Na2CO3+SO2===Na2SO3+CO2,正確。(3)①根據(jù)已知條件可知,反應(yīng)達(dá)到平衡時,n(NO)=610-4 mol,n(N2)=(0.8-310-4) mol,n(O2)=(0.2-310-4) mol,故該溫度下的平衡常數(shù)K===2.2510-6;該反應(yīng)為吸熱反應(yīng),溫度升高,反應(yīng)速率加快,平衡向正反應(yīng)方向移動。②該反應(yīng)的ΔH>0,ΔS<0,則ΔH-TΔS>0,反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。
[答案] (1)酸性 4
(2)①C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g)
ΔH=+131.3 kJ/mol ②cd
(3)①2.2510-6 溫度升高,反應(yīng)速率加快,且平衡右移
②不能
4.(2016臨沂模擬)已知Ⅰ、Ⅱ反應(yīng)在一定條件下焓變及平衡常數(shù)如下:
2H2(g)+S2(g)2H2S(g) K1 ΔH1 (Ⅰ)
3H2(g)+SO2(g)2H2O(g)+H2S(g) K2 ΔH2 ( Ⅱ )
(1)用ΔH1、ΔH2表示反應(yīng)4H2(g)+2SO2(g)S2(g)+4H2O(g)的ΔH=________。
(2)回答下列反應(yīng)(Ⅰ)的相關(guān)問題:
①溫度為T1,在1 L恒容容器中加入1.8 mol H2、1.2 mol S2,10 min時反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。測得10 min內(nèi)v(H2S)=0.08 molL-1min-1,則該條件下的平衡常數(shù)為________,若此時再向容器中充入H2、S2、H2S各0.8 mol,則平衡移動方向?yàn)開_______(填“正向”“逆向”或“不移動”);
②溫度為T2時(T2>T1),在1 L恒容容器中也加入1.8 mol H2、1.2 mol S2,建立平衡時測得S2的轉(zhuǎn)化率為25%,據(jù)此判斷ΔH________0(填“>”或“<”),與T1時相比,平衡常數(shù)K________(填“增大”“減小”或“不變”)。
(3)常溫下,用SO2與NaOH溶液反應(yīng)可得到NaHSO3、Na2SO3等。
①已知Na2SO3水溶液顯堿性,原因是___________________________
(寫出主要反應(yīng)的離子方程式),該溶液中,c(Na+)________2c(SO)+c(HSO3)(填“>”“<”或“=”)。
②在某NaHSO3、Na2SO3混合溶液中HSO、SO物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨pH變化曲線如圖所示(部分):根據(jù)圖示,求SO的水解平衡常數(shù)Kh=________。
[解析] (1)由(Ⅱ)2-(Ⅰ)得4H2(g)+2SO2(g)S2(g)+4H2O(g) ΔH,故ΔH=2ΔH2-ΔH1。
(2)①10 min時反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。測得10 min內(nèi)v(H2S)=0.08 molL-1min-1,則Δc(H2S)=0.08 molL-1min-110 min=0.8 molL-1,則
2H2(g)+S2(g)2H2S(g)
起始(molL-1) 1.8 1.2 0
變化(molL-1) 0.8 0.4 0.8
平衡(molL-1) 1.0 0.8 0.8
平衡常數(shù)K===0.8,
若此時再向容器中充入H2、S2、H2S各0.8 mol,則此時溶度積==≈0.5<K=0.8,平衡正向移動;
②根據(jù)①中數(shù)據(jù)知溫度為T1時S2的轉(zhuǎn)化率=100%≈33.3%>25%,知升溫平衡逆向移動,ΔH<0,平衡常數(shù)減小。
(3)①亞硫酸根離子水解導(dǎo)致溶液顯堿性,原因是:SO+H2OHSO+OH-,所以該溶液中c(H+)<c(OH-),根據(jù)電荷守恒,則c(Na+)>2c(SO)+c(HSO)。
②亞硫酸根離子的水解平衡常數(shù)Kh=,當(dāng)pH=7.2時,SO、HSO濃度相等,所以Kh=c(OH-)==110-6.8。
[答案] (1)2ΔH2-ΔH1 (2)①0.8 正向?、?lt; 減小
(3)①SO+H2OHSO+OH- >
②110-6.8
5.Ⅰ.CH4和CO2可以制造價值更高的化學(xué)產(chǎn)品。已知:
CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)
ΔH1=a kJmol-1
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
ΔH2=b kJmol-1
2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH3=c kJmol-1
(1)求反應(yīng)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH________ kJmol-1(用含a、b、c的代數(shù)式表示)。
(2)一定條件下,等物質(zhì)的量的(1)中反應(yīng)生成的氣體可合成二甲醚(CH3OCH3),同時還產(chǎn)生了一種可參與大氣循環(huán)的無機(jī)化合物,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為______________________。
(3)用Cu2Al2O4作催化劑,一定條件下發(fā)生反應(yīng):CO2(g)+CH4(g)CH3COOH(g),溫度與催化劑的催化效率和乙酸的生成速率的關(guān)系如圖,回答下列問題:
①250~300 ℃時,乙酸的生成速率降低的原因是_______________。
②300~400 ℃時,乙酸的生成速率升高的原因是__________________。
Ⅱ.鈉硫電池以熔融金屬Na、熔融S和多硫化鈉(Na2Sx)分別作為兩個電極的反應(yīng)物,多孔固體Al2O3陶瓷(可傳導(dǎo)Na+)為電解質(zhì),其反應(yīng)原理如下圖所示:
Na2Sx2Na+xS(3<x<5)
物質(zhì)
Na
S
Al2O3
熔點(diǎn)/℃
97.8
115
2 050
沸點(diǎn)/℃
892
444.6
2 980
(4)根據(jù)上表數(shù)據(jù),判斷該電池工作的適宜溫度應(yīng)為________。
A.100 ℃以下 B. 100 ℃~300 ℃
C.300 ℃~350 ℃ D. 350 ℃~2050 ℃
(5)關(guān)于鈉硫電池,下列說法正確的是________。
A.放電時,電極A為負(fù)極
B.放電時,Na+的移動方向?yàn)閺腂到A
C.充電時,電極A應(yīng)連接電源的正極
D.充電時,電極B的電極反應(yīng)式為S-2e-===xS
(6)25 ℃時,若用鈉硫電池作為電源電解500 mL 0.2 molL-1 NaCl溶液,當(dāng)溶液的pH變?yōu)?3時,電路中通過的電子的物質(zhì)的量為________mol,兩極的反應(yīng)物的質(zhì)量差為________g。(假設(shè)電解前兩極的反應(yīng)物的質(zhì)量相等)
[解析]?、?(1)CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) ΔH=a kJmol-1,
2CO(g)+2H2O(g)2CO2(g)+2H2(g)
ΔH=2b kJmol-1,
4CO2(g)4CO(g)+2O2(g) ΔH=-2c kJmol-1。
上述三式相加得:
CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)
ΔH=(a+2b-2c) kJmol-1。
(2)參與大氣循環(huán)的氣體只能是CO2,所以方程式為3CO+3H2===CH3OCH3+CO2。
Ⅱ.(4)該溫度應(yīng)高于Na、S的熔點(diǎn),低于Na、S沸點(diǎn),C項(xiàng)合適。
(6)電路中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.5 L0.1 molL-1=0.05 mol,負(fù)極減小0.05 mol23 gmol-1=1.15 g,正極增加的質(zhì)量也是Na的質(zhì)量,所以兩極的反應(yīng)物的質(zhì)量差為2.3 g。
[答案]?、?(1)(a+2b-2c)
(2)3CO+3H2===CH3OCH3+CO2
(3)①催化劑的催化效率降低,化學(xué)反應(yīng)速率降低 ②溫度升高,化學(xué)反應(yīng)速率加快
Ⅱ.(4)C (5)AD (6)0.05 2.3
6.CO、SO2是主要的大氣污染氣體,利用化學(xué)反應(yīng)原理是治理污染的重要方法。
【導(dǎo)學(xué)號:14942048】
(1)甲醇可以補(bǔ)充和部分替代石油燃料,緩解能源緊張,已知:
CO(g)+O2(g)===CO2(g) ΔH1=-283.0 kJmol-1
H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH2=-285.8 kJmol-1
CH3OH(g)+O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)
ΔH3=-764.5 kJmol-1
則CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g) ΔH=________ kJmol-1。
(2)一定條件下,在容積為V L的密閉容器中充入a mol CO與2a mol H2合成甲醇平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。
①p1________p2(填“>”“<”或“=”),理由是_____________________。
②該甲醇合成反應(yīng)在A點(diǎn)的平衡常數(shù)K=________(用a和V表示)。
③該反應(yīng)達(dá)到平衡時,反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的關(guān)系是CO________H2(填“>”“<”或“=”)。
④下列措施中能夠同時滿足增大反應(yīng)速率和提高CO轉(zhuǎn)化率的是________。
a.使用高效催化劑
b.降低反應(yīng)溫度
c.增大體系壓強(qiáng)
d.不斷將CH3OH從反應(yīng)混合物中分離出來
e.增加等物質(zhì)的量的CO和H2
(3)某學(xué)習(xí)小組以SO2為原料,采用電解法制取硫酸。小組用Na2SO3溶液充分吸收SO2得到NaHSO3溶液,后電解該溶液制得了硫酸。原理如圖所示。
寫出開始電解時陽極的電極反應(yīng)式:___________________。
[解析] (1)由蓋斯定律知:ΔH=ΔH1+2ΔH2-ΔH3。
(2)①根據(jù)反應(yīng)CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g)可知,增大壓強(qiáng),化學(xué)平衡向右移動,轉(zhuǎn)化率提高,而在相同溫度下,p1時的轉(zhuǎn)化率比p2時轉(zhuǎn)化率小,所以,p1<p2。②在A點(diǎn)時,CO轉(zhuǎn)化率為0.75,所以,有 mol的CO被反應(yīng)掉,余 mol的CO,平衡濃度為 mol/L,同理可算出H2的平衡濃度為 mol/L,CH3OH的平衡濃度為 mol/L,甲醇合成反應(yīng)在A點(diǎn)的平衡常數(shù)K==。
④a.使用催化劑能改變化學(xué)反應(yīng)速率,而不能使平衡移動;b.降低溫度,化學(xué)反應(yīng)速率減慢;c.增大體系壓強(qiáng),化學(xué)反應(yīng)速率加快,平衡向氣體分子數(shù)減少的方向移動,提高CO的轉(zhuǎn)化率;d.將甲醇移走,降低了生成物濃度,化學(xué)反應(yīng)速率減慢;e.增加等物質(zhì)的量的CO和H2,相當(dāng)于少投入H2,多投入CO,導(dǎo)致CO的轉(zhuǎn)化率降低。所以只有c符合條件。
(3)陽極發(fā)生氧化反應(yīng),由圖知陽極上是HSO失去電子轉(zhuǎn)化為SO及H+。
[答案] (1)-90.1
(2)①< 合成甲醇是分子數(shù)減少的反應(yīng),相同溫度下,增大壓強(qiáng)CO的轉(zhuǎn)化率提高
②?、郏健、躢
(3)HSO+H2O-2e-===SO+3H+