Question

9．光氣（COCl₂）在塑料、制革、制藥等工業(yè)中有許多用途，工業(yè)上采用高溫下CO與Cl₂在活性碳催化下合成．
（1）實(shí)驗(yàn)室中常用來(lái)制備氯氣的化學(xué)方程式為MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O；
（2）工業(yè)上利用天然氣（主要成分為CH₄）與CO₂進(jìn)行高溫重整制備CO，已知CH₄、H₂、和CO的燃燒熱（△H）分別為-890.3kJ•mol^-1、-285.8kJ•mol^-1和-283.0kJ•mol^-1，則生成1m³（標(biāo)準(zhǔn)狀況）CO所需熱量為5.52×10³kJ；
（3）實(shí)驗(yàn)室中可用氯仿（CHCl₃）與雙氧水直接反應(yīng)制備光氣，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為CHCl₃+H₂O₂=HCl+H₂O+COCl₂；
（4）COCl₂的分解反應(yīng)為COCl₂（g）=Cl₂（g）+CO（g）△H=+108kJ•mol^-1．反應(yīng)體系平衡后，各物質(zhì)的濃度在不同條件下的變化狀況如下圖所示（第10min到14min的COCl₂濃度變化曲線(xiàn)未示出）：

①計(jì)算反應(yīng)在地8min時(shí)的平衡常數(shù)K=0.234mol•L^-1；
②比較第2min反應(yīng)溫度T（2）與第8min反應(yīng)溫度T（8）的高低：T（2）＜ T（8）（填“＜”、“＞”或“=”）；
③若12min時(shí)反應(yīng)與溫度T（8）下重新達(dá)到平衡，則此時(shí)c（COCl₂）=0.031mol•L^-1
④比較產(chǎn)物CO在2-3min、5-6min和12-13min時(shí)平均反應(yīng)速率[平均反應(yīng)速率分別以v（2-3）、v（5-6）、v（12-13）表示]的大小v（5-6）＞v（2-3）=v（12-13）；
⑤比較反應(yīng)物COCl₂在5-6min和15-16min時(shí)平均反應(yīng)速率的大小：v（5-6）＞ v（15-16）（填“＜”、“＞”或“=”），原因是在相同溫度時(shí)，該反應(yīng)的反應(yīng)物濃度越高，反應(yīng)速率越大．

Answer 1

分析 （1）實(shí)驗(yàn)室用濃鹽酸和二氧化錳在加熱條件下制取氯氣；
（2）已知CH₄、H₂和CO的燃燒熱分別為890.3kJ•mol^-1、285.8kJ•mol^-1、283.0kJ•mol^-1，熱化學(xué)方程式為：
①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3kJ•mol^-1
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1
③CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律①-②×2-③×2得到：CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=+247kJ/mol，
根據(jù)CO和反應(yīng)熱之間的關(guān)系式計(jì)算；
（3）氯仿和雙氧水反應(yīng)生成HCl、水和光氣；
（4）①由圖可知，8min時(shí)COCl₂的平衡濃度為0.04mol/L，Cl₂的平衡濃度為0.11mol/L，CO的平衡濃度為0.085mol/L，代入平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（CO）．c（C{l}_{2}）}{c（COC{l}_{2}）}$計(jì)算；
②第8min時(shí)反應(yīng)物的濃度比第2min時(shí)減小，生成物濃度增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，4min瞬間濃度不變，不可能為改變壓強(qiáng)、濃度，應(yīng)是改變溫度，結(jié)合溫度對(duì)平衡影響判斷；
③由圖可知，10min瞬間Cl₂濃度不變，CO的濃度降低，故改變條件為移走CO，降低CO的濃度，平衡常數(shù)不變，與8min到達(dá)平衡時(shí)的平衡常數(shù)相同，由圖可知，12min時(shí)到達(dá)平衡時(shí)Cl₂的平衡濃度為0.12mol/L，CO的平衡濃度為0.06mol/L，根據(jù)平衡常數(shù)計(jì)算c（COCl₂）；
④根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的定義，可知反應(yīng)在2～3 min和12～13 min處于平衡狀態(tài)，CO的平均反應(yīng)速率為0；
⑤在5～6 min和15～16 min時(shí)反應(yīng)溫度相同，在相同溫度時(shí)，該反應(yīng)的反應(yīng)物濃度越高，反應(yīng)速率越大，但15～16 min時(shí)各組分的濃度都小，因此反應(yīng)速率小．

解答 解：（1）實(shí)驗(yàn)室用濃鹽酸和二氧化錳在加熱條件下制取氯氣，反應(yīng)方程式為MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，
故答案為：MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O；      
（2）已知CH₄、H₂和CO的燃燒熱分別為890.3kJ•mol^-1、285.8kJ•mol^-1、283.0kJ•mol^-1，熱化學(xué)方程式為：
①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3kJ•mol^-1
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1
③CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律①-②×2-③×2得到：CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=+247kJ/mol，
生成1m³（標(biāo)準(zhǔn)狀況）CO物質(zhì)的量=$\frac{1000L}{22.4L/mol}$，所需熱量=$\frac{\frac{1000L}{22.4L/mol}×347kJ}{2mol}$=5.52×10³kJ
故答案為：5.52×10³kJ；
（3）氯仿和雙氧水反應(yīng)生成HCl、水和光氣，反應(yīng)方程式為CHCl₃+H₂O₂=HCl+H₂O+COCl₂，
故答案為：CHCl₃+H₂O₂=HCl+H₂O+COCl₂；
（4）①由圖可知，8min時(shí)COCl₂的平衡濃度為0.04mol/L，Cl₂的平衡濃度為0.11mol/L，CO的平衡濃度為0.085mol/L，K=$\frac{c（CO）．c（C{l}_{2}）}{c（COC{l}_{2}）}$=$\frac{0.085×0.11}{0.04}$=0.234mol/L，故答案為：0.234mol/L；
②由第2min反應(yīng)溫度變?yōu)榈?min反應(yīng)溫度時(shí)，生成物濃度增大、反應(yīng)物濃度減小，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，所以T（2）＜T（8），
故答案為：＜；
③由圖可知，10min瞬間Cl₂濃度增大，CO的濃度降低，故改變條件為移走CO，降低CO的濃度，平衡常數(shù)不變，與8min到達(dá)平衡時(shí)的平衡常數(shù)相同，由圖可知，12min時(shí)到達(dá)平衡時(shí)Cl₂的平衡濃度為0.12mol/L，CO的平衡濃度為0.06mol/L，故：$\frac{0.06×0.12}{c（COC{l}_{2}）}$=0.234mol/L，解得c（COCl₂）=0.031mol/L；
故答案為：0.031；
④根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的定義，可知反應(yīng)在2～3 min和12～13 min處于平衡狀態(tài)，CO的平均反應(yīng)速率為0，在5～6min時(shí)，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，故CO的平均反應(yīng)速率為：v（5～6）＞v（2～3）=v（12～13），
故答案為：v（5～6）＞v（2～3）=v（12～13）；
⑤在5～6 min和15～16 min時(shí)反應(yīng)溫度相同，在相同溫度時(shí)，該反應(yīng)的反應(yīng)物濃度越高，反應(yīng)速率越大，但15～16 min時(shí)各組分的濃度都小，因此反應(yīng)速率小，即v（5～6）＞v（15～16），
故答案為：＞；在相同溫度時(shí)，該反應(yīng)的反應(yīng)物濃度越高，反應(yīng)速率越大．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、蓋斯定律等知識(shí)點(diǎn)，為高頻考點(diǎn)，明確外界條件對(duì)化學(xué)平衡影響、圖中曲線(xiàn)含義及變化產(chǎn)生的原因等知識(shí)點(diǎn)是解本題關(guān)鍵，溫度不變化學(xué)平衡常數(shù)不變，化學(xué)平衡常數(shù)與各物質(zhì)濃度無(wú)關(guān)，題目難度中等．