Question

14．對大氣污染物SO₂、CO、NO_x進行研究具有重要意義．請回答下列問題：
（1）為減少SO₂的排放，常采取的措施是將煤轉化為清潔氣體燃料．
已知：①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-241.8kJ•mol^-1
②C（s）+$\frac{1}{2}$ O₂（g）═CO（g）△H=-110.5kJ•mol^-1
寫出焦炭與水蒸氣反應的熱化學方程式：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1．
（2）工業(yè)上通過Cl₂（g）+CO（g）?COCl₂（g）制備光氣（COCl₂）．圖1為此反應的反應速率隨溫度變化的曲線，圖2為某次模擬實驗研究過程中固定體積容器內(nèi)各物質的濃度隨時間變化的曲線．回答下列問題：

①0-6min內(nèi)，反應的平均速率v（Cl₂）=0.15 mol•L^-1•min ^-1；
②下列說法能判斷該反應達到化學平衡狀態(tài)的是AB．（填字母）
A．體系中Cl₂的轉化率不變                           B．體系中氣體的平均摩爾質量不再改變
C．每消耗1molCO的同時生成1molCOCl₂      D．混合氣體密度不變
③比較第8min反應溫度T₈與第15min反應溫度T₁₅的高低：T₈＜T₁₅（填“＜”、“＞”、“=”）
④若保持溫度不變，在第7min向體系中加入這三種物質各2mol，則平衡   移動（填“向左”、“向右”、或“不”）．

Answer 1

分析 （1）蓋斯定律的內(nèi)容為：化學反應的反應熱值與反應的始態(tài)和終態(tài)有關，而與反應進行的途徑無關；根據(jù)蓋斯定律，用第一個熱化學方程式減去第二個熱化學方程式可得焦炭與水蒸氣反應的熱化學方程式；
（2）①由圖可知，6min時Cl₂的平衡濃度為0.3mol/L，變化為1.2mol/L-0.3mol/L=0.9mol/L，根據(jù)V=$\frac{△c}{△t}$進行計算；
②Cl₂（g）+CO（g）?COCl₂（g），反應是氣體體積減小的反應，化學反應正逆反應速率相同時反應達到平衡狀態(tài)，各組分含量保持不變以及衍生的關系分析；
③第8min反應處于平衡狀態(tài)，在第10分鐘時是改變溫度使平衡向逆反應方向移動，由④升溫平衡向逆反應方向移動，可知正反應為放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動；
④原平衡時n（Cl₂）：n（CO）：n（COCl₂）=3：1：9，現(xiàn)在第7 min 加入體系中的三種物質各2 mol，則反應物的濃度增大程度大些，平衡正向移動．

解答 解：（1）由①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-241.8kJ•mol^-1，
②C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-110.5kJ•mol^-1，
利用蓋斯定律，將②-①可得：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g），△H=（-110.5kJ/mol）-（-241.8kJ/mol）=+13l.3 kJ/mol，
所以焦炭與水蒸氣反應的熱化學方程式為：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+13l.3kJ•mol^-1，
故答案為：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1；
（2）①由圖可知，6min時Cl₂的平衡濃度為0.3mol/L，變化為1.2mol/L-0.3mol/L=0.9mol/L，則V=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.9mol/L}{6min}$=0.15 mol•L^-1•min ^-1，
故答案為：0.15 mol•L^-1•min ^-1；
②Cl₂（g）+CO（g）?COCl₂（g），反應是氣體體積減小的反應，
A．體系中Cl₂的轉化率不變說明反應達到平衡狀態(tài)，故A正確；
B．反應前后氣體物質的量減小，氣體質量不變，體系中氣體的平均摩爾質量不再改變說明反應達到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．每消耗1mol CO的同時生成1mol COCl₂，只能說明反應正向進行，不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故C錯誤；
D．氣體質量和氣體體積不變，混合氣體密度始終不變，不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故D錯誤；
故答案為：AB；
③根據(jù)圖象，第8min反應處于平衡狀態(tài)，在第10分鐘時是改變溫度使平衡向逆反應方向移動，由④升溫平衡向逆反應方向移動，可知正反應為放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動，故T（8）＜T（15），
故答案為：＜；
④8min時，平衡時c（Cl₂）=0.3mol/L、c（CO）=0.1mol/L、c（COCl₂）=0.9mol/L，則原平衡時n（Cl₂）：n（CO）：n（COCl₂）=3：1：9，現(xiàn)在第7 min 加入體系中的三種物質各2 mol，則反應物的濃度增大程度大些，平衡正向移動，
故答案為：向右．

點評 本題考查較為綜合，涉及熱反應方程式、化學平衡計算、化學平衡影響因素、化學平衡常數(shù)、反應速率計算等，為高考常見題型，側重考查學生對圖象與數(shù)據(jù)的分析及計算能力，題目難度中等．