【创新设计】2021高考化学(重庆专用)二轮专题滚动加练：-化学基本理论综合应用-Word版含解析.docx

滚动加练　化学基本理论综合应用　
1．(2021·重庆理综，11)化学在环境爱护中起着格外重要的作用，催化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。
(1)催化反硝化法中，H2能将NO还原为N2。25 ℃时，反应进行10 min，溶液的pH由7变为12。
①N2的结构式为___________________。
②上述反应的离子方程式为_____________________，
其平均反应速率v(NO)为________ mol·L－1·min－1。
③还原过程中可生成中间产物NO，写出3种促进NO水解的方法_______________。
(2)电化学降解NO的原理如图所示。

①电源正极为__________(填A或B)，阴极反应式为____________
②若电解过程中转移了2 mol电子，则膜两侧电解液的质量变化差(Δm左－ Δm右)为__________克。
解析　(1)2NO＋5H2N2＋2OH－＋4H2O
当pH由7变为12时，生成c(OH－)＝10－2 mol·L－1
所以v(NO)＝v(OH－)＝≈＝10－3 mol·L－1·min－1
依据NO＋H2OHNO2＋OH－，促进水解，应使平衡向右移动，依据影响因素，可实行加热、加H＋或加水。
(2)阴极：2NO＋6H2O＋10e－===N2↑＋12OH－
阳极：10OH－－10e－===5H2O＋O2↑
在阳极区生成的H＋通过质子交换膜到达阴极区，所以，当电子过程中转移10 mol e－时，
Δm左＝ mol×32 g·mol－1＋10 g＝90 g
Δm右＝28 g－10 g＝18 g
所以当转移2 mol e－时，膜两侧电解液的质量变化差为＝14.4 g。
答案　(1)①N≡N
②2NO＋5H2N2＋2OH－＋4H2O　10－3
③加热，加酸，加水
(2)①A　2NO＋6H2O＋10e－===N2↑＋12OH－
②14.4
2．(2022·重庆育才中学高三月考)(1)二甲醚(CH3OCH3)燃料电池的工作原理如图甲所示。

①该电池正极的电极反应式为___________________。
②电池在放电过程中，b对应的电极四周溶液的pH________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(2)以上述电池为电源，通过导线与图乙中电解池相连。
①X、Y为石墨，a为2 L 0.1 mol·L－1 KCl溶液，写出电解总反应的离子方程式：_________________________。
②X、Y分别为铜、银，a为1 L 0.2 mol·L－1 AgNO3溶液，写出Y电极反应式：___________________。
(3)室温时，按上述(2)①电解一段时间后，取25 mL上述电解后的溶液，滴加0.4 mol·L－1醋酸溶液得到图丙所示曲线(不考虑能量损失和气体溶于水，溶液体积变化忽视不计)。
①结合图丙计算，上述电解过程中消耗二甲醚的质量为________。
②若图丙的B点pH＝7，则滴定终点在________区间(填“AB”、“BC”或“CD”)。
③C点溶液中各离子浓度大小关系是___________________。
解析　(1)燃料电池的正极反应是：O2＋4e－＋4H＋===2H2O；在原电池中H＋向正极移动，故b对应的电极为负极，电极反应式为：CH3OCH3－12e－＋3H2O===2CO2↑＋12H＋，电极四周溶液酸性增加，pH减小。
(2)电解KCl溶液的总反应的离子方程式为：2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－；若“X、Y分别为铜、银，a为1 L 0.2 mol·L－1 AgNO3溶液”，则银为阳极，电极反应式为：Ag－e－===Ag＋。
(3)①由图可知电解后的溶液的pH＝13，则体积为2 L的该溶液中的n(OH－)为0.2 mol，依据电解KCl溶液的离子方程式可知，生成0.2 mol OH－转移的电子为0.2 mol。二甲醚(CH3OCH3)燃烧的化学方程式为C2H6O＋3O22CO2＋3H2O,1 mol CH3OCH3参与反应时转移的电子为12 mol，故转移电子为0.2 mol时消耗CH3OCH3的质量为×46 g·mol－1＝0.77 g。
②电解后得到的是KOH溶液，与醋酸恰好中和时显碱性，pH＝7时溶液显中性，故滴定终点在AB区间。
③C点对应的是醋酸和醋酸钾的混合溶液，显酸性，故溶液中的离子浓度大小关系为c(CH3COO－)＞c(K＋)＞c(H＋)＞c(OH－)。
答案　(1)①O2＋4e－＋4H＋===2H2O　②减小
(2)①2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－
②Ag－e－===Ag＋　(3)①0.77 g　②AB
③c(CH3COO－)＞c(K＋)＞c(H＋)＞c(OH－)
3．(2022·重庆南开中学高三模拟)工业上用硫碘开路循环联产氢气和硫酸的工艺流程如图甲所示：

回答下列问题：
(1)在反应器中发生反应的化学方程式是______________________。
(2)在膜反应器中发生反应：2HI(g) H2(g)＋I2(g)　ΔH＞0。若在肯定条件下密闭容器中加入1 mol HI(g)，n(H2)随时间(t)的变化如图乙所示：

①该温度下，反应平衡常数K＝________，若上升温度，K值将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
②用化学平衡原理解释使用膜反应器准时分别出H2的目的是____________。
(3)电渗析装置如图丙所示：

①结合电极反应式解释阴极区HIx转化为HI的原理是________________。
②该装置中发生的总反应的化学方程式是________________________。
(4)上述工艺流程中循环利用的物质是_________________。
解析　(1)SO2可被I2氧化，生成H2SO4和HIx，由质量守恒知反应物还有H2O。(2)①若体积为V L，则平衡时：c(HI)＝0.8/V mol·L－1，c(H2)＝0.1/V mol·L－1，c(I2)＝0.1/V mol·L－1，所以平衡常数K＝＝；该反应为吸热反应，上升温度，平衡正向移动，平衡常数增大。②准时分别出H2，生成物浓度减小，平衡正向移动，可以提高HI分解率。(3)②分析两极反应物和产物知总反应为HIx通电后得到I2和HI。(4)由图可知I2先参与了反应，后又生成了I2，被重复利用。
答案　(1)SO2＋xI2＋2H2O===H2SO4＋2HIx
(2)①　增大
②准时分别出H2，使平衡正向移动，提高HI的分解率
(3)①在阴极区发生反应：I＋(x－1)e－===xI－，且阳极区的H＋通过交换膜进入阴极区，得以生成HI溶液
②2HIx(x－1)I2＋2HI　
(4)I2
4．(2022·重庆理综，29)尿素[CO(NH2)2]是首个由无机物人工合成的有机物。
(1)工业上尿素由CO2和NH3在肯定条件下合成，其反应化学方程式为______________________________。
(2)当氨碳比＝4时，CO2的转化率随时间的变化关系如图所示：

①A点的逆反应速率v逆(CO2)________B点的正反应速率v正(CO2)(填“大于”、“小于”或“等于”)。
②NH3的平衡转化率为________。
(3)人工肾脏可接受间接电化学方法除去代谢产物中的尿素，原理如下图：

①电源的负极为________(填“A”或“B”)。
②阳极室中发生的反应依次为_________________________、
______________________。
③电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比将________；若两极共收集到气体13.44 L(标准状况)，则除去的尿素为________g(忽视气体的溶解)。
解析　本题涉及化学反应速率、化学平衡、电化学等相关学问，留意考查同学分析和综合应用学问的力量。
(1)由原子守恒配平。
(2)①由图1知：B点为平衡状态：v正＝v逆，v逆为最大点，故A点v逆(CO2)小于B点v正(CO2)。
②B点：CO2　＋　2NH3CO(NH2)2　＋　H2O
开头： 1 mol 4 mol 0 　 0
变化： 0.6 mol 1.2 mol　　　　 0.6 mol 0.6 mol
NH3的平衡转化率＝×100%＝30%。
(3)①由图2产生Cl2极为阳极知A为正极，B为负极。
②阳极室发生的反应依次为2Cl－－2e－===Cl2↑。
由产物CO2、N2知CO(NH2)2在此室反应被氧化，CO(NH2)2―→CO2＋N2，发生还原反应的为Cl2。故方程式为CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O===N2＋CO2＋6HCl。
③阴极室2H＋＋2e－===H2↑。
阳极室产生的H＋通过质子交换膜进入阴极室，从而使阴极室H＋浓度保持不变。pH与电解前相比不变。
两极共收集到的气体n(气体)＝＝0.6 mol

m[CO(NH2)2]＝＝7.2 g。
答案　(1)2NH3＋CO2CO(NH2)2＋H2O
(2)①小于　②30%　(3)①B　②2Cl－－2e－===Cl2↑　CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O===N2＋CO2＋6HCl　③不变　7.2
5．(2022·重庆北碚中学模拟)钒(V)及其化合物广泛应用于工业催化、新材料和新能源等领域。
(1)V2O5是接触法制硫酸的催化剂。
①肯定条件下，SO2与空气反应t min后，SO2和SO3物质的量浓度分别为a mol/L和b mol/L，则SO2起始物质的量浓度为________ mol/L；生成SO3的化学反应速率为________mol/(L·min)。
②工业制硫酸，尾气SO2用________吸取。
(2)全钒液流储能电池是利用不同价态离子对的氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置，其原理如图所示。

①当左槽溶液颜色渐渐由黄变蓝，其电极反应式为___________________。
②充电过程中，右槽溶液颜色渐渐由________色变为________色。
③放电过程中氢离子的作用是________和________；充电时若转移的电子数为3.01×1023个，左槽溶液中n(H＋)的变化量为________。
解析　(1)①　　2SO2＋O22SO3
平衡时　　 a mol/L　　 b mol/L
生成b mol/L SO3需要反应物SO2 b mol/L，故起始时SO2浓度为(a＋b)mol/L。
v(SO3)＝b mol/L÷t min＝ mol/(L·min)。
②二氧化硫尾气用碱液(氨水)吸取。
(2)①由黄色变为蓝色，说明VO生成VO2＋，V化合价由＋5降为＋4，被还原。②充电过程中，右槽中发生还原反应，V3＋变为V2＋，颜色由绿色变为紫色。③放电时，氢离子参与正极的还原反应，生成水；充电时，转移的电子为0.5 mol时，生成的H＋物质的量为1 mol，由于H＋可以通过交换膜，其中0.5 mol H＋进入右槽，故左槽中H＋的变化量为0.5 mol。
答案　(1)①a＋b　　②氨水
(2)①VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O　②绿　紫　③参与正极反应　通过交换膜定向移动使电流通过溶液　0.5 mol
6．(2022·重庆一中高三模拟)Ⅰ.“低碳经济”正成为科学家争辩的主题课题，甲烷和氨在国民经济中占有重要地位。
(1)用甲烷蒸气转化法制备合成氨原料气H2，主要转化反应如下：
①CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)
ΔH＝＋206.2 kJ/mol
②CH4(g)＋2H2O(g) CO2(g)＋4H2(g)　
ΔH＝＋165.0 kJ/mol
上述反应中的CO能使氨合成催化剂中毒，必需除去。工业上常接受催化剂存在下CO与水蒸气反应生成易除去的CO2，同时又可制得等体积的氢气的方法。此反应称为一氧化碳变换反应，该反应的热化学方程式是__________。
(2)工业上以NH3和CO2为原料合成尿素[CO(NH2)2]，反应的化学方程式为2NH3(g)＋CO2(g) CO(NH2)2(l)＋H2O(l)，该反应的平衡常数和温度关系如下：
T/℃
165
175
185
195
K
111.9
74.1
50.6
34.8

①反应热ΔH________(填“＞”“＜”或“＝”)0。
②在肯定温度和压强下，若原料气中的NH3和CO2的物质的量之比(氨碳比)＝x，如上图是氨碳比(x)与CO2平衡转化率(α)的关系。求图中的B点处，NH3的平衡转化率：________。

③氨的催化氧化可以制硝酸，此过程中涉及氮氧化物，如NO、NO2、N2O4等。对反应N2O4(g) 2NO2(g)　ΔH＞0，在温度为T1、T2时，平衡体系中NO2的体积分数随压强变化曲线如图所示。下列说法正确的是______。
A．A、C两点的反应速率：A＞C
B．A、C两点气体的颜色：A深，C浅
C．B、C两点的气体的平均相对分子质量：B＜C
D．由状态B到状态A，可以用加热的方法

Ⅱ.CO2和SO2的处理是很多科学家都在着力争辩的重点。有学者想以如图所示装置用燃料电池原理将CO2、SO2转化为重要的化工原料。
(1)若A为CO2，B为H2，C为CH3OH，电池总反应式为CO2＋3H2===CH3OH＋H2O，则正极反应式为________。
(2)若A为SO2，B为O2，C为H2SO4，则负极反应式为________________。
解析　Ⅰ.(1)由题给②－①得：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝(165.0－206.2)kJ/mol＝－41.2 kJ/mol。(2)①由表中数据可知，随温度的上升K值减小，所以升温平衡向逆反应方向移动，ΔH＜0；②B点时x＝4，设n(NH3)＝4 mol，则n(CO2)＝1 mol，依据转化率知Δn(CO2)＝1×0.64 mol＝0.64 mol，由方程式可知氨的转化率＝×100%＝32%；③A项，压强越大；反应速率越快，所以C点的反应效率大于A点的；B项，加压平衡向逆反应方向移动只是减弱转变，最终NO2的浓度仍旧增大了，即C点颜色更深；C项，反应前后气体的总质量不变，B、C两点NO2的体积分数也相同，所以平均相对分子质量相同；D项，由状态B到状态A，温度上升，可以接受加热的方法。
Ⅱ.(1)由方程式可知碳元素得电子化合价降低。(2)若A为SO2，C为H2SO4，则S元素失电子化合价上升。
答案　Ⅰ.(1)CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－41.2 kJ/mol
(2)①＜　②32%　③D
Ⅱ.(1)CO2＋6H＋＋6e－===CH3OH＋H2O
(2)SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋
7．(2022·重庆巴蜀中学高三月考)Ⅰ.甲醇是一种可再生能源，具有开发和应用的宽敞前景。
(1)工业上一般可接受如下反应来合成甲醇：
CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)。该反应的平衡常数表达式为K＝_______。

(2)已知在常温常压下：
①2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(g)
ΔH＝－a kJ·mol－1
②2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)
ΔH＝－b kJ·mol－1
③H2O(g)===H2O(l)　ΔH＝－c kJ·mol－1
请写出该条件下由甲醇和氧气生成CO和液态水的热化学方程式：_______________________________________。
(3)某试验小组依据甲醇燃烧的反应原理，设计如图所示的电池装置。该电池负极的电极反应式为_______________________。
Ⅱ.工业上可以利用氟硅酸、碳酸氢铵制备冰晶石(Na3AlF6)，其工艺如下：

请回答下列问题：
(1)反应①中生成的无色气体A是________，滤液①的溶质是____________。
(2)经测定NH4HCO3溶液呈中性，请分析缘由：____________(用离子方程式和文字表述说明理由)。
(3)温度和NH4HCO3浓度会影响反应①的速率。现设计如下试验方案探究温度和NH4HCO3浓度对反应①速率的影响。请在表格空白处填写适当的反应条件。
试验编号
试验目的
温度
c(NH4HCO3)
Ⅰ
为以下试验做参照
60 ℃
c1
Ⅱ
探究浓度对反应①速率的影响

c2
Ⅲ
探究温度对反应①速率的影响
80 ℃

(4)如图是滤液①溶质的质量分数随温度变化的曲线图：

请分析t2 ℃时，滤液①中溶质的质量分数下降的缘由是______________。
解析　Ⅰ.(2)依据盖斯定律，由(①－②＋③×4)×可得：CH3OH(l)＋O2(g)===CO(g)＋2H2O(l)，则ΔH＝kJ·mol－1。(3)该电池负极为CH3OH放电，且OH－向负极移动参与反应。
Ⅱ.(1)依据流程图中的转化关系，可以推断反应①中生成的无色气体A是CO2，滤液①的溶质是NH4F。
(2)NH4HCO3溶液中存在着NH、HCO的水解平衡，二者的水解程度基本相同，因此溶液呈中性。
(3)试验Ⅱ为探究浓度对反应①速率的影响，则Ⅰ、Ⅱ的温度应相同；试验Ⅲ为探究温度对反应①速率的影响，则Ⅰ、Ⅲ的c(NH4HCO3)相同。(4)温度上升NH4F会分解，因此t2℃时，滤液①中溶质的质量分数下降。
答案　Ⅰ.(1)　(2)CH3OH(l)＋O2(g)===
CO(g)＋2H2O(l)　ΔH＝(－a＋b－4c)/2 kJ·mol－1
(3)CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O
Ⅱ.(1)CO2　NH4F
(2)NH＋H2ONH3·H2O＋H＋，HCO＋H2OH2CO3＋OH－，NH和HCO的水解程度基本相同
(3)60 ℃　c1
(4)温度上升，NH4F会分解
8．(2022·重庆高三一诊)海水中含有大量化学物质，是巨大的化学资源宝库，利用海水资源可以猎取一系列化工产品。

(1)请写出电解饱和食盐水的化学方程式：_____________________。
(2)在电解饱和食盐水的装置中，阴极产生的气体为______。
为了降低能耗，充分利用氯碱工业产品进行联合生产的方法得到推广应用。
依据上图，试回答下列问题：
(3)X气体为______________(填化学式)。
(4)写出图中燃料电池负极的电极反应式：___________。

(5)若用浓硫酸处理钛铁矿，并向所得溶液中加入铁，则此时溶液中含有Fe2＋、TiO2＋和少量Mg2＋等阳离子，常温下，三种阳离子对应的氢氧化物的溶解度(S/mol·L－1)与溶液pH的关系如图所示。
已知将上述处理液加水稀释后，马上析出大量白色沉淀，请写出该反应的离子方程式：_____________________。
(6)已知：①Mg(s)＋Cl2(g)===MgCl2(s)
ΔH＝－641 kJ·mol－1
②Ti(s)＋Cl2(g)===TiCl4(l)
ΔH＝－385 kJ·mol－1
写出Mg与TiCl4反应的热化学方程式：______________________；
该反应过程中还应把握的反应条件是__________。
解析　(2)电解池的阴极上阳离子放电得到H2。(3)由电解食盐水的原理可知，X气体为Cl2，Y气体为H2。(4)该燃料电池是氢氧燃料电池，且电解质溶液是NaOH溶液，负极上H2发生氧化反应。(5)由图像可知，随着酸性的减弱，生成的沉淀依次是TiO(OH)2、Fe(OH)2、Mg(OH)2，而TiO(OH)2是由TiO2＋所得。(6)Mg与TiCl4反应可生成MgCl2和Ti，即：2Mg＋TiCl4===2MgCl2＋Ti，方程式可由(①－②)×2得到，依据盖斯定律可知反应热为(－641 kJ/mol＋385 kJ/mol)×2＝－512 kJ/mol，由于Mg是活泼金属，加热条件下与氧气反应，所以要隔绝空气。
答案　(1)2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
(2)H2　(3)Cl2　(4)H2＋2OH－－2e－===2H2O
(5)TiO2＋＋2H2O===TiO(OH)2↓＋2H＋
(6)2Mg(s)＋TiCl4(l)===2MgCl2(s)＋Ti(s)
ΔH＝－512 kJ·mol－1　隔绝空气
9．(2022·重庆高三调研)Ⅰ.将由Na＋、Ba2＋、Cu2＋、SO、Cl－组合形成的三种强电解质溶液，分别装入下图装置中的甲、乙、丙三个烧杯中进行电解，电极均为石墨电极。

接通电源，经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加。常温下各烧杯中溶液pH与电解时间t的关系如图(忽视因气体溶解带来的影响)。据此回答下列问题。
(1)写出乙烧杯中发生反应的化学方程式：__________。
(2)电极f上发生的电极反应为__________________。
(3)若经过一段时间后，测得乙烧杯中c电极质量增加了8 g，要使丙烧杯中溶液恢复到原来的状态，应进行的操作是____________________。
Ⅱ.工业上利用BaSO4制备BaCl2的工艺流程如下：

某活动小组的同学在试验室以重晶石(主要成分BaSO4)为原料，对上述工艺流程进行模拟试验。
(1)上述过程中，气体用过量NaOH溶液吸取得到Na2S。Na2S水溶液显碱性的缘由是____________(用离子方程式表示)。
(2)已知有关反应的热化学方程式如下：
①BaSO4(s)＋4C(s) 4CO(g)＋BaS(s)
ΔH1＝＋571.2 kJ/mol
②C(s)＋CO2(g) 2CO(g)　ΔH2＝＋172.5 kJ/mol
则反应BaSO4(s)＋2C(s) 2CO2(g)＋BaS(s)
ΔH3＝________kJ/mol。
(3)在高温焙烧重晶石过程中必需加入过量的炭，同时还要通入空气，其目的是________，________。
解析　Ⅰ.(1)乙中c电极质量增加，肯定是Cu2＋在该电极上放电，故该电极为阴极，乙烧杯溶液pH减小，所以阳极为水电离出的OH－放电，故电解的是CuSO4溶液。(2)由图像知丙的pH不变且等于7，所以是Na2SO4的溶液。电解的实质是电解水，f为阳极，电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。(3)c电极生成8 g Cu，则转移电子：×2 mol＝0.25 mol，所以丙中需加水× 18 g＝2.25 g。
Ⅱ.(1)Na2S为强碱弱酸盐，S2－水解后溶液显碱性。(2)依据盖斯定律，方程式①－方程式②×2＝总方程式，所以ΔH3＝ΔH1－ΔH2×2＝＋226.2 kJ/mol。 (3)加入过量的碳的目的是使BaSO4充分地被还原为BaS，ΔH3＞0为吸热反应，所以通入的空气与加入的碳反应放热可以为反应供应能量。
答案　Ⅰ.(1)2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4
(2)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
(3)向丙烧杯中加入2.25 g水
Ⅱ.(1)S2－＋H2OHS－＋OH－、HS－＋H2OH2S＋OH－
(2)＋226.2
(3)使BaSO4得到充分的还原(或提高BaS的产量)
BaSO4与C反应为吸热反应，利用C和空气中的O2反应放热来维持反应所需的高温
10．(2022·重庆高三冲刺模拟)硫酸厂用煅烧黄铁矿(FeS2)来制取硫酸，试验室利用硫酸厂烧渣(主要成分是Fe2O3及少量FeS、SiO2)制备绿矾。
(1)SO2和O2反应制取SO3的反应原理为2SO2＋O22SO3，经一段时间后，SO3的浓度增加了0.4 mol/L，在这段时间内用O2表示的反应速率为0.04 mol/(L·s)。
①则这段时间为________s。
②该反应达到平衡状态的标志是________。
A．容器内S元素物质的量分数不变
B．混合物的平均相对分子质量不变
C．n(SO2)∶n(O2)∶n(SO3)＝2∶1∶2
D．各组分的体积分数不变
(2)利用烧渣制绿矾的过程如下：

操作Ⅰ的名称：________，溶液A的溶质：________，固体B是________。
(3)某科研机构用NaOH溶液吸取废气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解；可循环再生NaOH，同时得到H2SO4，其原理如图所示。(电极材料为石墨)

①图中b极要连接电源的________(填“正”或“负”)极。
②SO放电的电极反应式为___________________________。
③若用甲烷­空气燃料电池做电源，处理标准状况下40 m3的废气(其中SO2的体积分数为0.2)，理论上需要消耗标准状况下甲烷________m3。
解析　(1)①2v(O2)＝v(SO3)，则v(SO3)＝0.08 mol/(L·s)，t＝Δc/v(SO3)＝5 s；②A项，依据质量守恒定律，无论平衡与否，容器内硫元素物质的量分数始终不变，错误；B项，该体系中均是气体，总质量始终不变，而该反应为反应前后气体分子数不等的反应，即正向进行时，气体物质的量削减，则平均相对分子质量增大，逆向进行时，气体物质的量增大，则平均相对分子质量减小，所以平均相对分子质量不变能作为推断平衡的标志，正确；C项，反应是否达到平衡与各成分物质的量之比无关，错误；D项，各成分的体积分数不变，能说明反应达到平衡，正确。(2)操作Ⅰ为过滤，加入硫酸溶解Fe2O3和FeS，生成X为硫酸铁，杂质利用过滤除去，在X溶液中加入铁粉，发生反应：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋、Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。(3)①依据电解原理，溶液中的阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，则a为阴极，b为阳极，b极连接电源的正极；②依据题给信息，SO在阳极放电产生SO，且阳极区域供应稀硫酸，则该区域显酸性，电极反应为SO－2e－＋H2O===SO＋2H＋；③依据关系式：SO2～SO～2e－，n(SO2)＝40×0.2×1 000÷22.4 mol＝8 000/22.4 mol，转移电子为16 000/22.4 mol，甲烷燃料电池中，负极为甲烷放电，1 mol CH4转移8 mol 电子，依据电子得失守恒可知n(CH4)＝2 000/22.4 mol，V(CH4)＝2 000 L＝2 m3。
答案　(1)①5　②BD
(2)过滤　硫酸　Fe
(3)①正　②SO－2e－＋H2O===SO＋2H＋　③2