Question

光氣（COCl₂）、聯(lián)氨（N₂H₄）和H₂O₂具有重要的工業(yè)價值．
Ⅰ．Cl₂（g）+CO（g）?COCl₂（g）△H=-108.0kJ/mol 為工業(yè)制備光氣的一種方法．
（1）升高溫度對該反應的影響為

 

．
（2）在溫度和容積相同的三個密閉容器中，按不同方式投入反應物，測得相關數(shù)據(jù)如下表：

容器	反應物 投入的量	平衡時 n（Cl2）/mol	達到平衡 所需時間/min	平衡時 能量變化/kJ
甲	1mol COCl2	n1	t1	吸熱Q1
乙	2mol Cl2和2mol CO	n2	t2	放熱Q2
丙	2mol COCl2	n3	t3	吸熱Q3

①Q₁+Q₂

 

108.0（填入“＞”、“=”或“＜”，下同）；
②t₁

 

t₃
③乙容器中，n（Cl₂）隨時間變化的關系圖象如圖所示，請在圖中畫出丙容器中n（Cl₂），隨時間變化關系圖象．
（3）T℃時，在2L的密閉容器中充入4mol光氣，若同時發(fā)生的反應還有2CO（g）?2C（s）+O₂（g），當反應達到平衡時，測得CO（g）和C（s）的物質的量分別為2mol和1mol，則該溫度下，Cl₂（g）+CO（g）?COCl₂（g）的平衡常數(shù)K=

 

．
Ⅱ．T℃時，發(fā)生反應：N₂H₄（l）+2H₂O₂（l）?N₂（g）+4H₂O（l）△H＜0
（4）T℃時，向體積為2L的密閉容器中投入0.1mol N₂H₄（l）和0.1mol H₂O₂（l），平衡后，N₂的物質的量濃度為c₁；若其他條件不變，將容器容積縮小1L，重新達到平衡后，N₂的物質的量濃度為c₂，則c₁

 

c₂（“＞”、“=”或“＜”）．
（5）H₂O₂和聯(lián)氨（N₂H₄）可以制成新型堿性燃料電池，該電池高效、無污染．該電池負極的電極反應式為

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,原電池和電解池的工作原理,化學平衡的影響因素

專題：

分析：Ⅰ、（1）反應是放熱，升溫平衡逆向進行，影響化學反應速率的因素分析判斷；
（2）①甲是投入1mol COCl₂ 吸熱Q1，乙中若投入1mol Cl₂和1mol CO，相同條件下達到和甲相同平衡狀態(tài)，放熱為Q1，乙中繼續(xù)投入1mol Cl₂和1mol CO達到平衡狀態(tài)，放熱Q1，依據(jù)化學方程式計算分析；
②丙中2mol COCl₂濃度大于甲，反應速率快，達到平衡所需時間短；
③丙是逆向進行的反應，相同條件下和乙達到相同的平衡狀態(tài)，氯氣從0逐漸增多最后達到和乙相同的物質的量，達到平衡狀態(tài)，據(jù)此畫出曲線變化；
（3）依據(jù)化學平衡三段式列式計算，平衡常數(shù)等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應物平衡濃度冪次方乘積；
Ⅱ、（4）該反應是一個反應前后氣體體積增大的可逆反應，增大壓強，平衡向氣體體積減小的方向移動，則生成氮氣的物質的量減小，但溫度不變平衡常數(shù)不變，所以氮氣物質的量減小的量等于容器體積減小的量，據(jù)此分析解答．
（5）H₂O₂和聯(lián)氨（N₂H₄）可以制成新型堿性燃料電池，負極是肼失電子發(fā)生氧化反應生成氮氣，結合電荷守恒書寫電極反應．

解答： 解：（1）Cl₂（g）+CO（g）?COCl₂（g）△H=-108.0kJ/mol，反應是放熱反應，升高溫度增大反應速率，但平衡逆向進行，降低了光氣的產率；
故答案為：提高光氣的合成速率，但降低了光氣的產率；
（2）①依據(jù)化學平衡分析計算，設乙消耗氯氣物質的量x，
            Cl₂（g）+CO（g）?COCl₂（g）△H=-108.0kJ/mol 
            1         1        0            108KJ
乙消耗     x           x        x           108x
 平衡       1-x        1-x        x           108xKJ
 甲逆向       0          0        1
           1-x        1-x       1-x         108（1-x）KJ
平衡       1-x        1-x         x             
甲容器中吸熱108（1-x），乙是放熱108x，二者之和 為：108（1-x）+108x=108
乙投入2mol Cl₂和2mol CO，則二者熱量之和大于108KJ，即Q₁+Q₂＞108.0
故答案為：＞；
②丙中2mol COCl₂濃度大于甲，反應速率快，達到平衡所需時間短，t₁＞t₃；
故答案為：＞；
③丙是逆向進行的反應，相同條件下和乙達到相同的平衡狀態(tài)，氯氣從0逐漸增多最后達到和乙相同的物質的量，達到平衡狀態(tài)，據(jù)此畫出曲線變化為；
，故答案為：
（3）T℃時，在2L的密閉容器中充入4mol光氣，若同時發(fā)生的反應還有2CO（g）?2C（s）+O₂（g），當反應達到平衡時，測得CO（g）和C（s）的物質的量分別為2mol和1mol，設消耗 COCl₂（g）物質的量為x
             COCl₂（g）?Cl₂（g）+CO（g）
起始量（mol）  4          0        0
變化量（mol）  x          x        x
平衡量（mol） 4-x         x        x
         2CO（g）?2C（s）+O₂（g），
起始量   3       0        0
變化量   1      1        0.5
平衡量   2      1       0.5
x=3mol
則平衡濃度為  COCl₂（g）為0.5mol/L，Cl₂（g）為1.5mol/L，CO（g）為1mol/L
  COCl₂（g）?Cl₂（g）+CO（g）平衡常數(shù)=

1×1.5

0.5

=3
則該溫度下，Cl₂（g）+CO（g）?COCl₂（g）的平衡常數(shù)K=

1

3

故答案為：

1

3

；
（4）該反應是一個反應前后氣體體積增大的可逆反應，增大壓強，平衡向氣體體積減小的方向移動，則生成氮氣的物質的量減小，溫度不變，平衡常數(shù)不變，所以氮氣物質的量減小的量小等于容器體積減小的量，氮氣的濃度不變；
故答案為：=；
（5）H₂O₂和聯(lián)氨（N₂H₄）可以制成新型堿性燃料電池，負極是肼在堿性條件下失電子發(fā)生氧化反應，生成氮氣和水，負極電極反應為N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂+4H₂O，故答案為：N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂+4H₂O．

點評：本題考查了化學平衡的計算應用，主要是平衡常數(shù)，平衡狀態(tài)的計算與判斷，原電池原理和電極反應應用，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．