Question

16．NO₂、CO、CO₂是对环境影响较大的气体，对它们的合理控制、利用是优化我们生存环境的有效途径．
（1）如图1所示，利用电化学原理将NO₂ 转化为重要化工原料C．
若A为NO₂，B为O₂，则负极的电极反应式为：NO₂+H₂O-e^-=NO₃^-+2H⁺；
（2）有一种用CO₂生产甲醇燃料的方法：CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O
已知：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ•mol^-1；
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-b kJ•mol^-1；
H₂O（g）═H₂O（l）△H=-c kJ•mol^-1；
CH₃OH（g）═CH₃OH（l）△H=-d kJ•mol^-1，
则表示CH₃OH（l）燃烧热的热化学方程式为：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-（$\frac{3}{2}$b+2c-a-b）kJ•mol^-1；
（3）光气 （COCl₂）是一种重要的化工原料，用于农药、医药、聚酯类材料的生产，工业上通过Cl₂（g）+CO（g）?COCl₂（g）制备．图2为此反应的反应速率随温度变化的曲线，图3为某次模拟实验研究过程中容器内各物质的浓度随时间变化的曲线．回答下列问题：

①0～6min内，反应的平均速率v（Cl₂）=0.15 mol•L^-1•min ^-1；
②若将初始投料浓度变为c（Cl₂）=0.9mol/L、c（CO）=0.7mol/L、c（COCl₂）=0.3 mol/L，保持反应温度不变，则最终达到化学平衡时，Cl₂的体积分数与上述第6min时Cl₂的体积分数相同；
③随温度降低，该反应平衡常数变化的趋势是增大；（填“增大”、“减小”或“不变”）
④比较第9min反应温度T_（9）与第16min反应温度T_（16）的高低：T_（9）＜T_（16） （填“＜”、“＞”或“=”）．
⑤比较第9min反应速度V_（9）与第16min反应速率v_（16）的高低：v_（9）＜v_（16） （填“＜”、“＞”或“=”）．

Answer 1

分析 （1）由图可知，若A为NO₂，B为O₂，负极上NO₂失去电子生成硝酸；
（2）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ•mol^-1；
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-b kJ•mol^-1；
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-c kJ•mol^-1；
④CH₃OH（g）═CH₃OH（l）△H=-d kJ•mol^-1，
由盖斯定律可知，②×$\frac{3}{2}$+③×2-①-④得到CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）；
（3）①由图可知，△c（Cl₂）=1.2mol/L-0.3mol/L，结合v=$\frac{△c}{△t}$计算；
②温度不变，Cl₂的体积分数相同，则极限转化后c（Cl₂）=1.2mol/L；
③由图2可知，升高温度，逆反应速率大于正反应速率，则升高温度平衡逆向移动；
④正反应为放热反应，由图可知10min改变条件使平衡正向移动；
⑤第9min与第16min时均为平衡状态，但温度越高，反应速率越快．

解答 解：（1）NO₂ 在负极失去电子转化为NO₃^-，故电极反应为NO₂+H₂O-e^-=NO₃^-+2H⁺，故答案为：NO₂+H₂O-e^-=NO₃^-+2H⁺；
（2）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ•mol^-1；
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-b kJ•mol^-1；
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-c kJ•mol^-1；
④CH₃OH（g）═CH₃OH（l）△H=-d kJ•mol^-1，
由盖斯定律可知，②×$\frac{3}{2}$+③×2-①-④得到CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-（$\frac{3}{2}$b+2c-a-b）kJ•mol^-1，
则CH₃OH（l）燃烧热的热化学方程式为CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-（$\frac{3}{2}$b+2c-a-b）kJ•mol^-1，
故答案为：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-（$\frac{3}{2}$b+2c-a-b）kJ•mol^-1；
（3）①由图可知，6min时Cl₂的平衡浓度为0.3mol/L，浓度变化为1.2mol/L-0.3mol/L=0.9mol/L，则v（Cl₂）=$\frac{0.9mol/L}{6min}$=0.15 mol•L^-1•min ^-1，
故答案为：0.15 mol•L^-1•min ^-1；
②最终达到化学平衡时，Cl₂的体积分数与上述第6min时Cl₂的体积分数相同，即与开始平衡为等效平衡，完全转化到左边满足Cl₂浓度为1.2mol/L、CO浓度为1.0mol/L，则：0.9mol/L+c（COCl₂）=1.2mol/L，c（CO）=0.7mol/L+c（COCl₂）=1.0mol/L，故c（COCl₂）=0.3mol/L，
故答案为：0.3；
③由图2可知，升温平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应，所以温度高，平衡常数减小，随温度降低，该反应平衡常数变化的趋势是增大，故答案为：增大；
④正反应为放热反应，根据图象，第9min反应处于平衡状态，在第10分钟时是改变条件使反应向逆方向移动，可知16min时放出热量更多，温度更高，故T（9）＜T（16），故答案为：＜；
⑤温度越高反应速率越快，结合④可知，T（9）＜T（16），所以v（9）＜v（16），故答案为：＜．

点评 本题考查化学平衡计算及图象，为高频考点，把握图中浓度变化、盖斯定律应用、反应中能量变化、电极反应为解答的关键，侧重分析与计算能力的考查，注意图象分析与应用，综合性较强，题目难度不大．