Question

1．燃煤能排放大量的CO、CO₂、SO₂，PM_2.5（可入肺顆粒物）污染也跟冬季燃煤密切相關．SO₂、CO、CO₂也是對環境影響較大的氣體，對它們的合理控制、利用是優化我們生存環境的有效途徑．
（1）光氣 （COCl₂）是一種重要的化工原料，用于農藥、醫藥、聚酯類材料的生產，工業上通過Cl₂（g）+CO（g）?COCl₂（g）制備．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各物質的濃度隨時間變化的曲線．回答下列問題：

①0～6min內，反應的平均速率v（Cl₂）=0.15 mol•L^-1•min ^-1；
②下列說法不能判斷該反應達到化學平衡狀態的是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1mol CO的同時生成1mol COCl₂
D．混合氣體密度不變
③隨溫度升高，該反應平衡常數變化的趨勢是減��；（填“增大”、“減小”或“不變”）
④比較第8min反應溫度T（8）與第15min反應溫度T（15）的高低：T（8）＜ T（15）
（填“＜”、“＞”或“=”）．
⑤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
向正反應方向移動（填“向正反應方向”、“向逆反應方向”或“不”）；
（2）有一種用CO₂生產甲醇燃料的方法：CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O
已知：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ•mol^-1；
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-b kJ•mol^-1；
H₂O（g）=H₂O（l）△H=-c kJ•mol^-1；
CH₃OH（g）=CH₃OH（l）△H=-d kJ•mol^-1，
則表示CH₃OH（l）燃燒熱的熱化學方程式為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-（$\frac{3}{2}$c+2d-a-b）kJ•mol^-1；
（3）如圖所示，利用電化學原理將SO₂ 轉化為重要化工原料C若A為SO₂，B為O₂，則負極的電極反應式為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺．

Answer 1

分析 （1）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，各組分含量保持不變以及衍生的關系分析；
③平衡常數是生成物平衡濃度化學計量數冪乘積與反應物平衡濃度化學計量數冪乘積的比，由圖可知，升溫平衡向逆反應方向移動，平衡常數減�。�
④第8min反應處于平衡狀態，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；
⑤原平衡時n（Cl₂）：n（CO）：n（COCl₂）=3：1：9，現在第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；
（2）應用蓋斯定律解題，始終抓住目標反應和已知反應之間的關系應用數學知識來解；
（3）SO₂在負極失去電子轉化為SO₄^2-，根據電極反應式的書寫方法來回答；

解答 解：（1）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，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，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，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，故D錯誤；
故答案為：AB．
③由圖1可知，升溫平衡向逆反應方向移動，正反應為放熱反應，所以溫度高，平衡常數減小，
故答案為：減小；
④根據圖象，第8min反應處于平衡狀態，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：＜；
⑤8min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：向正反應方向；
（2）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ•mol^-1；
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-b kJ•mol^-1；
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-c kJ•mol^-1；
④CH₃OH（g）=CH₃OH（l）△H=-d kJ•mol^-1，
應用蓋斯定律計算，③×$\frac{3}{2}$+2④-①-②得到，CH₃OH（l）燃燒熱的熱化學方程式為CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-△H₁-△H₂+$\frac{3}{2}$△H₃+2△H₄=-（$\frac{3}{2}$c+2d-a-b）kJ•mol^-1，所以CH₃OH（l）燃燒熱的熱化學方程式為CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-（$\frac{3}{2}$c+2d-a-b）kJ•mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-（$\frac{3}{2}$c+2d-a-b）kJ•mol^-1；
（3）SO₂在負極失去電子轉化為SO₄^2-，故其電極反應為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；

點評 本題考查熱反應方程式、化學平衡計算、化學平衡影響因素、化學平衡常數、反應速率計算等，側重考查學生對圖象與數據的分析及計算能力，難度中等．