Question

16．NO₂、CO、CO₂是對環(huán)境影響較大的氣體，對它們的合理控制、利用是優(yōu)化我們生存環(huán)境的有效途徑．
（1）如圖1所示，利用電化學原理將NO₂ 轉化為重要化工原料C．
若A為NO₂，B為O₂，則負極的電極反應式為：NO₂+H₂O-e^-=NO₃^-+2H⁺；
（2）有一種用CO₂生產(chǎn)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=-（$\frac{3}{2}$b+2c-a-b）kJ•mol^-1；
（3）光氣 （COCl₂）是一種重要的化工原料，用于農(nóng)藥、醫(yī)藥、聚酯類材料的生產(chǎn)，工業(yè)上通過Cl₂（g）+CO（g）?COCl₂（g）制備．圖2為此反應的反應速率隨溫度變化的曲線，圖3為某次模擬實驗研究過程中容器內(nèi)各物質(zhì)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若將初始投料濃度變?yōu)閏（Cl₂）=0.9mol/L、c（CO）=0.7mol/L、c（COCl₂）=0.3 mol/L，保持反應溫度不變，則最終達到化學平衡時，Cl₂的體積分數(shù)與上述第6min時Cl₂的體積分數(shù)相同；
③隨溫度降低，該反應平衡常數(shù)變化的趨勢是增大；（填“增大”、“減小”或“不變”）
④比較第9min反應溫度T_（9）與第16min反應溫度T_（16）的高低：T_（9）＜T_（16） （填“＜”、“＞”或“=”）．
⑤比較第9min反應速度V_（9）與第16min反應速率v_（16）的高低：v_（9）＜v_（16） （填“＜”、“＞”或“=”）．

Answer 1

分析 （1）由圖可知，若A為NO₂，B為O₂，負極上NO₂失去電子生成硝酸；
（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，
由蓋斯定律可知，②×$\frac{3}{2}$+③×2-①-④得到CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）；
（3）①由圖可知，△c（Cl₂）=1.2mol/L-0.3mol/L，結合v=$\frac{△c}{△t}$計算；
②溫度不變，Cl₂的體積分數(shù)相同，則極限轉化后c（Cl₂）=1.2mol/L；
③由圖2可知，升高溫度，逆反應速率大于正反應速率，則升高溫度平衡逆向移動；
④正反應為放熱反應，由圖可知10min改變條件使平衡正向移動；
⑤第9min與第16min時均為平衡狀態(tài)，但溫度越高，反應速率越快．

解答 解：（1）NO₂ 在負極失去電子轉化為NO₃^-，故電極反應為NO₂+H₂O-e^-=NO₃^-+2H⁺，故答案為：NO₂+H₂O-e^-=NO₃^-+2H⁺；
（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，
由蓋斯定律可知，②×$\frac{3}{2}$+③×2-①-④得到CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-（$\frac{3}{2}$b+2c-a-b）kJ•mol^-1，
則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=-（$\frac{3}{2}$b+2c-a-b）kJ•mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-（$\frac{3}{2}$b+2c-a-b）kJ•mol^-1；
（3）①由圖可知，6min時Cl₂的平衡濃度為0.3mol/L，濃度變化為1.2mol/L-0.3mol/L=0.9mol/L，則v（Cl₂）=$\frac{0.9mol/L}{6min}$=0.15 mol•L^-1•min ^-1，
故答案為：0.15 mol•L^-1•min ^-1；
②最終達到化學平衡時，Cl₂的體積分數(shù)與上述第6min時Cl₂的體積分數(shù)相同，即與開始平衡為等效平衡，完全轉化到左邊滿足Cl₂濃度為1.2mol/L、CO濃度為1.0mol/L，則：0.9mol/L+c（COCl₂）=1.2mol/L，c（CO）=0.7mol/L+c（COCl₂）=1.0mol/L，故c（COCl₂）=0.3mol/L，
故答案為：0.3；
③由圖2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(shù)減小，隨溫度降低，該反應平衡常數(shù)變化的趨勢是增大，故答案為：增大；
④正反應為放熱反應，根據(jù)圖象，第9min反應處于平衡狀態(tài)，在第10分鐘時是改變條件使反應向逆方向移動，可知16min時放出熱量更多，溫度更高，故T（9）＜T（16），故答案為：＜；
⑤溫度越高反應速率越快，結合④可知，T（9）＜T（16），所以v（9）＜v（16），故答案為：＜．

點評 本題考查化學平衡計算及圖象，為高頻考點，把握圖中濃度變化、蓋斯定律應用、反應中能量變化、電極反應為解答的關鍵，側重分析與計算能力的考查，注意圖象分析與應用，綜合性較強，題目難度不大．