Question

12．研究发现，火力发电厂释放出的尾气是造成雾霾的主要原因之一，CO是其主要成分之一．为减少对环境造成的影响，发电厂试图采用以下方法将CO进行合理利用，以获得重要工业产品．
（1）CO与Cl₂在催化剂的作用下合成光气（COCl₂）．某温度下，向2L的密闭容器中投入一定量的CO和Cl₂，在催化剂的作用下发生反应：CO（g）+Cl₂（g）?CO Cl₂（g）△H=-108kJ/mol，反应过程中测定的部分数据如下表：

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

①反应0～2min内的平均速率v（COCl₂）=0.1mol/（L•min）．
②在2～4min间v（Cl₂）正=v（Cl₂）逆（填“＞”、“=”或“＜”），该温度下K=5．
（2）在恒温恒容条件下关于反应CO（g）+Cl₂（g）?CO Cl₂（g），下列说法中正确的是CD（填序号）．
A．增大压强能使该反应速率加快，是因为增加了活化分子的百分数
B．使用合适的催化剂可以增大反应体系中COCl₂（g）的体积分数
C．若改变某个反应条件，反应体系中COCl₂（g）的含量不一定增大
D．若在恒容绝热的密闭容器中发生反应，当K 值不变时，说明反应已经达到平衡
（3）用CO与H₂在高温下合成C₅H1₂（汽油的一种成分）．己知5CO（g）+11H₂（g）?C₅H₁₂（g）+5H₂O（g）△H＜0，若X、L分别代表温度或压强，图（l）表示L一定时，CO的转化率随X的变化关系，则X代表的物理量是温度，判断理由是该反应正反应为放热反应，由图中信息知，升高温度，平衡逆向移动，CO的转化率减小，所以X代表的物理量为温度．

（4）工业上用CO通过电解法制备CH₄，电解池的工作原理如图（2）所示，其阳极的电极反应式为CO+CO₃ ^2-+H₂O-2e^-=2HCO₃^-；若每生成1molCH₄，理论上需要消耗CO的物质的量为4mol．

Answer 1

分析 （1）①由表中数据，可知0～2min内△n（CO）=1.2mol-0.8mol=0.4mol，由方程式可知△c（COCl₂）=△c（CO）=0.4mol，再根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（COCl₂）；
②4min内，反应的CO为1.2mol-0.8mol=0.4mol，由方程式可知参加反应的Cl₂为0.4mol，故4min时Cl₂为0.6mol-0.4mol=0.2mol，与2min时Cl₂的物质的量相等，则2min、4min处于平衡状态；
由方程式可知，平衡时生成COCl₂为0.4mol，平衡时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，平衡常数K=$\frac{c（COC{l}_{2}）}{c（CO）．c（C{l}_{2}）}$；
（2）A．增大压强改变单位体积内活化分子个数；
B．催化剂只改变化学反应速率不影响平衡移动；
C．若改变某个反应条件，该反应平衡不移动，则各物质含量不变；
D．若在恒容绝热的密闭容器中发生反应，该容器温度发生变化，当K值不变时，正逆反应速率相等；
（3）升高温度平衡向吸热方向移动，增大压强平衡向气体体积减小的方向移动，根据X与CO转化率的关系确定改变条件；
（4）阳极上CO失电子和碳酸根离子、水反应生成碳酸氢根离子；根据电池反应式计算消耗CO的物质的量．

解答 解：（1）①由表中数据，可知0～2min内△n（CO）=1.2mol-0.8mol=0.4mol，由方程式可知△c（COCl₂）=△c（CO）=0.4mol，则v（COCl₂）=$\frac{\frac{0.4mol}{2L}}{2min}$=0.1mol/（L．min），故答案为：0.1；
②4min内，反应的CO为1.2mol-0.8mol=0.4mol，由方程式可知参加反应的Cl₂为0.4mol，故4min时Cl₂为0.6mol-0.4mol=0.2mol，与2min时Cl₂的物质的量相等，则2min、4min处于平衡状态；
由方程式可知，平衡时生成COCl₂为0.4mol，平衡时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，平衡常数K=$\frac{c（COC{l}_{2}）}{c（CO）．c（C{l}_{2}）}$=$\frac{0.2}{0.4×0.1}$=5，
故答案为：=；5；
（2）A．增大压强改变单位体积内活化分子个数，不改变活化分子百分数，故A错误；
B．催化剂只改变化学反应速率不影响平衡移动，所以不改变光气体积分数，故B错误；
C．若改变某个反应条件，该反应平衡不移动，则各物质含量不变，如加入催化剂，故C正确；
D．若在恒容绝热的密闭容器中发生反应，该容器温度发生变化，当K值不变时，正逆反应速率相等，该反应达到平衡状态，故D正确；
故选CD；
（3）该反应的正反应是一个反应前后气体体积减小的放热反应，升高温度平衡逆向移动，CO转化率降低；增大压强平衡正向移动，CO转化率增大，根据图知，改变条件时CO转化率减小，说明平衡逆向移动，所以改变的条件是温度，
故答案为：温度；该反应正反应为放热反应，由图中信息知，升高温度，平衡逆向移动，CO的转化率减小，所以X代表的物理量为温度；
（4）阳极上CO失电子和碳酸根离子、水反应生成碳酸氢根离子，电极反应式为CO+CO₃ ^2-+H₂O-2e^-=2HCO₃^-；该电池反应式为4CO+2H₂O=CH₄+3CO₂，根据电池反应式知，生成1mol甲烷消耗4molCO，
故答案为：CO+CO₃ ^2-+H₂O-2e^-=2HCO₃^-；4．

点评 本题考查化学平衡计算、外界条件对化学平衡移动影响、电解原理等知识点，侧重考查学生分析计算能力，明确化学平衡移动影响因素原理、电极反应式的书写方法是解本题关键，难点是（4）题电极反应式的书写，要根据反应物、生成物及电解质特点书写，题目难度中等．