Question

18．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(zhuǎn)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=-（$\frac{3}{2}$c+2d-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反應溫度v（16）的高低：v（9）＜v（16）（填“＜”、“＞”或“=”）．

Answer 1

分析 （1）NO₂ 在負極失去電子轉(zhuǎn)化為NO₃^-，根據(jù)電極反應式的書寫方法來回答；
（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(shù)學知識來解；
（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，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（Cl₂）；
②改變初始投料濃度變，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，則為等效平衡，完全轉(zhuǎn)化到左邊滿足Cl₂濃度為1.2mol/L、CO濃度為1.0mol/L；
③由圖2可知，升溫平衡向逆反應方向移動，平衡常數(shù)減小；
④根據(jù)圖象，第9min反應處于平衡狀態(tài)，在第10分鐘時是改變溫度使平衡向逆反應方向移動，由③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（9）＜T（16）；
⑤溫度越高反應速率越快．

解答 解：（1）NO₂ 在負極失去電子轉(zhuǎn)化為NO₃^-，故其電極反應為：NO₂+H₂O-e^-=NO₃^-+2H⁺，故答案為：NO₂+H₂O-e^-=NO₃^-+2H⁺；
（2）應用蓋斯定律解題，△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）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(zhuǎn)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(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分鐘時是改變溫度使平衡向逆反應方向移動，由③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（9）＜T（16），故答案為：＜；
⑤溫度越高反應速率越快，而④可知，T（9）＜T（16），所以v（9）＜v（16），故答案為：＜．

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(shù)、反應速率計算等，側(cè)重考查學生對圖象與數(shù)據(jù)的分析及計算能力，難度中等．