Question

12．CO、CO₂是火力發(fā)電廠釋放出的主要尾氣，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其資源化利用，重新獲得燃料或重要工業(yè)產(chǎn)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）?COCl₂（g）△H=a kJ/mol反應過程中測定的部分數(shù)據(jù)如下表：

t/min	n （CO）/mol	n （Cl2）/mol
0	1.20	0.60
1	0.90
2	0.80
4		0.20

①反應0～2min末的平均速率v（COCl₂）=0.1mol/（L?min）．
②在2min～4min間，v（Cl₂）_正=v（Cl₂）_逆 （填“＞”、“=”或“＜”），該溫度下K=5．
③已知X、L可分別代表溫度或壓強，圖1表示L一定時，CO的轉化率隨X的變化關系．
X代表的物理量是溫度；a＜0 （填“＞”，“=”，“＜”）．
（2）在催化劑作用下NO和CO轉化為無毒氣體，2CO（g）+2NO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）△H=-748kJ•mol^-1
①一定條件下，單位時間內(nèi)不同溫度下測定的氮氧化物轉化率如圖2所示．溫度高于710K時，隨溫度的升高氮氧化物轉化率降低的原因可能是溫度升高到710K時，單位時間內(nèi)反應達平衡，該反應是放熱反應，升高溫度，平衡向左移動，轉化率降低．
②已知：測定空氣中NO和CO含量常用的方法有兩種，方法1：電化學氣敏傳感器法．其中CO傳感器的工作原理如圖3所示，則工作電極的反應式為CO-2e^-+H₂O═CO₂+2H⁺；方法2：氧化還原滴定法．用H₂O₂溶液吸收尾氣，將氮氧化物轉化為強酸，用酸堿中和滴定法測定強酸濃度．寫出NO與H₂O₂溶液反應的離子方程式2NO+3H₂O₂═2NO₃^-+2H₂O+2H⁺．
（3）用CO和H₂可以制備甲醇，反應為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），以甲醇為燃料，氧氣為氧化劑，KOH溶液為電解質溶液，可制成燃料電池（電極材料為惰性電極）若電解質溶液中KOH的物質的量為0.8mol，當有0.5mol甲醇參與反應時，電解質溶液中各種離子的物質的量濃度由大到小的順序是C（K⁺）＞C（CO₃^2-）＞C（HCO₃^-）＞C（OH^-）＞C（H⁺）．．

Answer 1

分析 （1）①由表中數(shù)據(jù)，可知0～2min內(nèi)△n（CO）=1.2mol-0.8mol=0.4mol，由方程式可知△c（COCl₂）=△c（CO）=0.4mol，再根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（COCl₂）；
②4min內(nèi)，反應的氯氣為0.6mol-0.2mol=0.4mol，由方程式可知參加反應的CO為0.4mol，故4min時CO為1.2mol-0.4mol=0.8mol，與2min時CO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，平衡常數(shù)K=$\frac{c（COCl{\;}_{2}）}{c（CO）×c（Cl{\;}_{2}）}$；
③正反應為氣體體積減小的反應，增大壓強平衡正向移動，CO轉化率增大，而圖中隨X增大時，CO的平衡轉化率降低，平衡逆向移動，則X為溫度，正反應為放熱反應．
（2）①根據(jù)溫度升高到710K時，單位時間內(nèi)反應達平衡，再升高溫度，平衡發(fā)生移動分析；
②該裝置是原電池，負極上一氧化碳失電子發(fā)生氧化反應，據(jù)此書寫；NO被H₂O₂溶液氧化成強酸硝酸，雙氧水被還原成水，據(jù)此書寫反應的離子方程式；
（3）當有0.5mol甲醇參與反應時，產(chǎn)生的二氧化碳是0.5mol，和0.8mol氫氧化鉀反應，根據(jù)元素守恒可以計算n （K₂CO₃）=0.3mol，n （KHCO₃）=0.2mol，據(jù)此確定離子濃度的大小順序．

解答 解：（1）①由表中數(shù)據(jù)，可知0～2min內(nèi)△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(nèi)，反應的氯氣為0.6mol-0.2mol=0.4mol，由方程式可知參加反應的CO為0.4mol，故4min時CO為1.2mol-0.4mol=0.8mol，與2min時CO的物質的量相等，則2min、4min處于平衡狀態(tài)，在2min～4min間，v（Cl₂）_正 =v（Cl₂）_逆，
由方程式可知，平衡時生成COCl₂為0.4mol，該溫度下平衡常數(shù)K=$\frac{c（COCl{\;}_{2}）}{c（CO）×c（Cl{\;}_{2}）}$=$\frac{\frac{0.4}{2}}{\frac{0.8}{2}×\frac{0.2}{2}}$=5，
故答案為：=；5；
③正反應為氣體體積減小的反應，增大壓強平衡正向移動，CO轉化率增大，而圖中隨X增大時，CO的平衡轉化率降低，平衡逆向移動，則X為溫度，正反應為放熱反應，故a＜0，
故答案為：溫度；＜；
（2）①當溫度升高到710K時，單位時間內(nèi)反應達平衡，由于該反應是放熱反應，再升高溫度，平衡向左移動，轉化率降低，
故答案為：溫度升高到710K時，單位時間內(nèi)反應達平衡，該反應是放熱反應，升高溫度，平衡向左移動，轉化率降低；
②該裝置是原電池，通入一氧化碳的電極是負極，負極上一氧化碳失電子發(fā)生氧化反應，電極反應式為：CO-2e^-+H₂O═CO₂+2H⁺，NO被H₂O₂溶液氧化成強酸硝酸，雙氧水被還原成水，則反應的離子方程式2NO+3H₂O₂═2NO₃^-+2H₂O+2H⁺，
故答案為：CO-2e^-+H₂O═CO₂+2H⁺；2NO+3H₂O₂═2NO₃^-+2H₂O+2H⁺；
（3）當有0.5mol甲醇參與反應時，產(chǎn)生的二氧化碳是0.5mol，和0.8mol氫氧化鉀反應，根據(jù)元素守恒可以計算n （K₂CO₃）=0.3mol，n （KHCO₃）=0.2mol，二者的水溶液均為堿性，所以C（K⁺）＞C（CO₃^2-）＞C（HCO₃^-）＞C（OH^-）＞C（H⁺），
故答案為：C（K⁺）＞C（CO₃^2-）＞C（HCO₃^-）＞C（OH^-）＞C（H⁺）．

點評 本題主要考查了反應速率的計算、化學平衡、平衡常數(shù)的計算以及燃料電池中電極反應的書寫和溶液中離子濃度的大小比較知識，屬于綜合知識的考查，難度大．