Question

12．CO、CO₂是火力發(fā)電廠釋放出的主要尾氣，為減少對(duì)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(yīng)：CO（g）+Cl₂（g）?COCl₂（g）△H=a kJ/mol反應(yīng)過程中測(cè)定的部分?jǐn)?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(yīng)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(qiáng)，圖1表示L一定時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率隨X的變化關(guān)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(zhuǎn)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(shí)間內(nèi)不同溫度下測(cè)定的氮氧化物轉(zhuǎn)化率如圖2所示．溫度高于710K時(shí)，隨溫度的升高氮氧化物轉(zhuǎn)化率降低的原因可能是溫度升高到710K時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)達(dá)平衡，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向左移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率降低．
②已知：測(cè)定空氣中NO和CO含量常用的方法有兩種，方法1：電化學(xué)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(yīng)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(zhuǎn)化為強(qiáng)酸，用酸堿中和滴定法測(cè)定強(qiáng)酸濃度．寫出NO與H₂O₂溶液反應(yīng)的離子方程式2NO+3H₂O₂═2NO₃^-+2H₂O+2H⁺．
（3）用CO和H₂可以制備甲醇，反應(yīng)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(zhì)溶液，可制成燃料電池（電極材料為惰性電極）若電解質(zhì)溶液中KOH的物質(zhì)的量為0.8mol，當(dāng)有0.5mol甲醇參與反應(yīng)時(shí)，電解質(zhì)溶液中各種離子的物質(zhì)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(jì)算v（COCl₂）；
②4min內(nèi)，反應(yīng)的氯氣為0.6mol-0.2mol=0.4mol，由方程式可知參加反應(yīng)的CO為0.4mol，故4min時(shí)CO為1.2mol-0.4mol=0.8mol，與2min時(shí)CO的物質(zhì)的量相等，則2min、4min處于平衡狀態(tài)；
由方程式可知，平衡時(shí)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(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率增大，而圖中隨X增大時(shí)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率降低，平衡逆向移動(dòng)，則X為溫度，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)．
（2）①根據(jù)溫度升高到710K時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)達(dá)平衡，再升高溫度，平衡發(fā)生移動(dòng)分析；
②該裝置是原電池，負(fù)極上一氧化碳失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，據(jù)此書寫；NO被H₂O₂溶液氧化成強(qiáng)酸硝酸，雙氧水被還原成水，據(jù)此書寫反應(yīng)的離子方程式；
（3）當(dāng)有0.5mol甲醇參與反應(yīng)時(shí)，產(chǎn)生的二氧化碳是0.5mol，和0.8mol氫氧化鉀反應(yīng)，根據(jù)元素守恒可以計(jì)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(yīng)的氯氣為0.6mol-0.2mol=0.4mol，由方程式可知參加反應(yīng)的CO為0.4mol，故4min時(shí)CO為1.2mol-0.4mol=0.8mol，與2min時(shí)CO的物質(zhì)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(shí)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(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率增大，而圖中隨X增大時(shí)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率降低，平衡逆向移動(dòng)，則X為溫度，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故a＜0，
故答案為：溫度；＜；
（2）①當(dāng)溫度升高到710K時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)達(dá)平衡，由于該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，再升高溫度，平衡向左移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率降低，
故答案為：溫度升高到710K時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)達(dá)平衡，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向左移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率降低；
②該裝置是原電池，通入一氧化碳的電極是負(fù)極，負(fù)極上一氧化碳失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：CO-2e^-+H₂O═CO₂+2H⁺，NO被H₂O₂溶液氧化成強(qiáng)酸硝酸，雙氧水被還原成水，則反應(yīng)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(dāng)有0.5mol甲醇參與反應(yīng)時(shí)，產(chǎn)生的二氧化碳是0.5mol，和0.8mol氫氧化鉀反應(yīng)，根據(jù)元素守恒可以計(jì)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(diǎn)評(píng) 本題主要考查了反應(yīng)速率的計(jì)算、化學(xué)平衡、平衡常數(shù)的計(jì)算以及燃料電池中電極反應(yīng)的書寫和溶液中離子濃度的大小比較知識(shí)，屬于綜合知識(shí)的考查，難度大．