Question

12．研究發(fā)現，火力發(fā)電廠釋放出的尾氣是造成霧霾的主要原因之一，CO是其主要成分之一．為減少對環(huán)境造成的影響，發(fā)電廠試圖采用以下方法將CO進行合理利用，以獲得重要工業(yè)產品．
（1）CO與Cl₂在催化劑的作用下合成光氣（COCl₂）．某溫度下，向2L的密閉容器中投入一定量的CO和Cl₂，在催化劑的作用下發(fā)生反應：CO（g）+Cl₂（g）?CO Cl₂（g）△H=-108kJ/mol，反應過程中測定的部分數據如下表：

t/min	n（CO）/mol	n（Cl2）/mol
0	1.2	0.6
1	0.9
2		0.2
4	0.8

①反應0～2min內的平均速率v（COCl₂）=0.1mol/（L•min）．
②在2～4min間v（Cl₂）正=v（Cl₂）逆（填“＞”、“=”或“＜”），該溫度下K=5．
（2）在恒溫恒容條件下關于反應CO（g）+Cl₂（g）?CO Cl₂（g），下列說法中正確的是CD（填序號）．
A．增大壓強能使該反應速率加快，是因為增加了活化分子的百分數
B．使用合適的催化劑可以增大反應體系中COCl₂（g）的體積分數
C．若改變某個反應條件，反應體系中COCl₂（g）的含量不一定增大
D．若在恒容絕熱的密閉容器中發(fā)生反應，當K 值不變時，說明反應已經達到平衡
（3）用CO與H₂在高溫下合成C₅H1₂（汽油的一種成分）．己知5CO（g）+11H₂（g）?C₅H₁₂（g）+5H₂O（g）△H＜0，若X、L分別代表溫度或壓強，圖（l）表示L一定時，CO的轉化率隨X的變化關系，則X代表的物理量是溫度，判斷理由是該反應正反應為放熱反應，由圖中信息知，升高溫度，平衡逆向移動，CO的轉化率減小，所以X代表的物理量為溫度．

（4）工業(yè)上用CO通過電解法制備CH₄，電解池的工作原理如圖（2）所示，其陽極的電極反應式為CO+CO₃ ^2-+H₂O-2e^-=2HCO₃^-；若每生成1molCH₄，理論上需要消耗CO的物質的量為4mol．

Answer 1

分析 （1）①由表中數據，可知0～2min內△n（CO）=1.2mol-0.8mol=0.4mol，由方程式可知△c（COCl₂）=△c（CO）=0.4mol，再根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（COCl₂）；
②4min內，反應的CO為1.2mol-0.8mol=0.4mol，由方程式可知參加反應的Cl₂為0.4mol，故4min時Cl₂為0.6mol-0.4mol=0.2mol，與2min時Cl₂的物質的量相等，則2min、4min處于平衡狀態(tài)；
由方程式可知，平衡時生成COCl₂為0.4mol，平衡時c（CO）=$\frac{0.8mol}{2L}$=0.4mol/L、c（Cl₂）=$\frac{0.2mol}{2L}$=0.1mol/L、c（COCl₂）=$\frac{0.4mol}{2L}$=0.2mol/L，平衡常數K=$\frac{c（COC{l}_{2}）}{c（CO）．c（C{l}_{2}）}$；
（2）A．增大壓強改變單位體積內活化分子個數；
B．催化劑只改變化學反應速率不影響平衡移動；
C．若改變某個反應條件，該反應平衡不移動，則各物質含量不變；
D．若在恒容絕熱的密閉容器中發(fā)生反應，該容器溫度發(fā)生變化，當K值不變時，正逆反應速率相等；
（3）升高溫度平衡向吸熱方向移動，增大壓強平衡向氣體體積減小的方向移動，根據X與CO轉化率的關系確定改變條件；
（4）陽極上CO失電子和碳酸根離子、水反應生成碳酸氫根離子；根據電池反應式計算消耗CO的物質的量．

解答 解：（1）①由表中數據，可知0～2min內△n（CO）=1.2mol-0.8mol=0.4mol，由方程式可知△c（COCl₂）=△c（CO）=0.4mol，則v（COCl₂）=$\frac{\frac{0.4mol}{2L}}{2min}$=0.1mol/（L．min），故答案為：0.1；
②4min內，反應的CO為1.2mol-0.8mol=0.4mol，由方程式可知參加反應的Cl₂為0.4mol，故4min時Cl₂為0.6mol-0.4mol=0.2mol，與2min時Cl₂的物質的量相等，則2min、4min處于平衡狀態(tài)；
由方程式可知，平衡時生成COCl₂為0.4mol，平衡時c（CO）=$\frac{0.8mol}{2L}$=0.4mol/L、c（Cl₂）=$\frac{0.2mol}{2L}$=0.1mol/L、c（COCl₂）=$\frac{0.4mol}{2L}$=0.2mol/L，平衡常數K=$\frac{c（COC{l}_{2}）}{c（CO）．c（C{l}_{2}）}$=$\frac{0.2}{0.4×0.1}$=5，
故答案為：=；5；
（2）A．增大壓強改變單位體積內活化分子個數，不改變活化分子百分數，故A錯誤；
B．催化劑只改變化學反應速率不影響平衡移動，所以不改變光氣體積分數，故B錯誤；
C．若改變某個反應條件，該反應平衡不移動，則各物質含量不變，如加入催化劑，故C正確；
D．若在恒容絕熱的密閉容器中發(fā)生反應，該容器溫度發(fā)生變化，當K值不變時，正逆反應速率相等，該反應達到平衡狀態(tài)，故D正確；
故選CD；
（3）該反應的正反應是一個反應前后氣體體積減小的放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，CO轉化率降低；增大壓強平衡正向移動，CO轉化率增大，根據圖知，改變條件時CO轉化率減小，說明平衡逆向移動，所以改變的條件是溫度，
故答案為：溫度；該反應正反應為放熱反應，由圖中信息知，升高溫度，平衡逆向移動，CO的轉化率減小，所以X代表的物理量為溫度；
（4）陽極上CO失電子和碳酸根離子、水反應生成碳酸氫根離子，電極反應式為CO+CO₃ ^2-+H₂O-2e^-=2HCO₃^-；該電池反應式為4CO+2H₂O=CH₄+3CO₂，根據電池反應式知，生成1mol甲烷消耗4molCO，
故答案為：CO+CO₃ ^2-+H₂O-2e^-=2HCO₃^-；4．

點評 本題考查化學平衡計算、外界條件對化學平衡移動影響、電解原理等知識點，側重考查學生分析計算能力，明確化學平衡移動影響因素原理、電極反應式的書寫方法是解本題關鍵，難點是（4）題電極反應式的書寫，要根據反應物、生成物及電解質特點書寫，題目難度中等．