Question

12．CO、CO₂是火力发电厂释放出的主要尾气，为减少对环境造成的影响，发电厂试图采用以下方法将其资源化利用，重新获得燃料或重要工业产品．

（1）CO与Cl₂在催化剂的作用下合成光气（COCl₂）．某温度下，向2L的密闭容器中投入一定量的CO和Cl₂，在催化剂的作用下发生反应：CO（g）+Cl₂（g）?COCl₂（g）△H=a kJ/mol反应过程中测定的部分数据如下表：

t/min	n （CO）/mol	n （Cl2）/mol
0	1.20	0.60
1	0.90
2	0.80
4		0.20

①反应0～2min末的平均速率v（COCl₂）=0.1mol/（L?min）．
②在2min～4min间，v（Cl₂）_正=v（Cl₂）_逆 （填“＞”、“=”或“＜”），该温度下K=5．
③已知X、L可分别代表温度或压强，图1表示L一定时，CO的转化率随X的变化关系．
X代表的物理量是温度；a＜0 （填“＞”，“=”，“＜”）．
（2）在催化剂作用下NO和CO转化为无毒气体，2CO（g）+2NO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）△H=-748kJ•mol^-1
①一定条件下，单位时间内不同温度下测定的氮氧化物转化率如图2所示．温度高于710K时，随温度的升高氮氧化物转化率降低的原因可能是温度升高到710K时，单位时间内反应达平衡，该反应是放热反应，升高温度，平衡向左移动，转化率降低．
②已知：测定空气中NO和CO含量常用的方法有两种，方法1：电化学气敏传感器法．其中CO传感器的工作原理如图3所示，则工作电极的反应式为CO-2e^-+H₂O═CO₂+2H⁺；方法2：氧化还原滴定法．用H₂O₂溶液吸收尾气，将氮氧化物转化为强酸，用酸碱中和滴定法测定强酸浓度．写出NO与H₂O₂溶液反应的离子方程式2NO+3H₂O₂═2NO₃^-+2H₂O+2H⁺．
（3）用CO和H₂可以制备甲醇，反应为CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），以甲醇为燃料，氧气为氧化剂，KOH溶液为电解质溶液，可制成燃料电池（电极材料为惰性电极）若电解质溶液中KOH的物质的量为0.8mol，当有0.5mol甲醇参与反应时，电解质溶液中各种离子的物质的量浓度由大到小的顺序是C（K⁺）＞C（CO₃^2-）＞C（HCO₃^-）＞C（OH^-）＞C（H⁺）．．

Answer 1

分析 （1）①由表中数据，可知0～2min内△n（CO）=1.2mol-0.8mol=0.4mol，由方程式可知△c（COCl₂）=△c（CO）=0.4mol，再根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（COCl₂）；
②4min内，反应的氯气为0.6mol-0.2mol=0.4mol，由方程式可知参加反应的CO为0.4mol，故4min时CO为1.2mol-0.4mol=0.8mol，与2min时CO的物质的量相等，则2min、4min处于平衡状态；
由方程式可知，平衡时生成COCl₂为0.4mol，平衡常数K=$\frac{c（COCl{\;}_{2}）}{c（CO）×c（Cl{\;}_{2}）}$；
③正反应为气体体积减小的反应，增大压强平衡正向移动，CO转化率增大，而图中随X增大时，CO的平衡转化率降低，平衡逆向移动，则X为温度，正反应为放热反应．
（2）①根据温度升高到710K时，单位时间内反应达平衡，再升高温度，平衡发生移动分析；
②该装置是原电池，负极上一氧化碳失电子发生氧化反应，据此书写；NO被H₂O₂溶液氧化成强酸硝酸，双氧水被还原成水，据此书写反应的离子方程式；
（3）当有0.5mol甲醇参与反应时，产生的二氧化碳是0.5mol，和0.8mol氢氧化钾反应，根据元素守恒可以计算n （K₂CO₃）=0.3mol，n （KHCO₃）=0.2mol，据此确定离子浓度的大小顺序．

解答 解：（1）①由表中数据，可知0～2min内△n（CO）=1.2mol-0.8mol=0.4mol，由方程式可知△c（COCl₂）=△c（CO）=0.4mol，则v（COCl₂）=$\frac{\frac{0.4mol}{2L}}{2min}$=0.1mol/（L．min），
故答案为：0.1；
②4min内，反应的氯气为0.6mol-0.2mol=0.4mol，由方程式可知参加反应的CO为0.4mol，故4min时CO为1.2mol-0.4mol=0.8mol，与2min时CO的物质的量相等，则2min、4min处于平衡状态，在2min～4min间，v（Cl₂）_正 =v（Cl₂）_逆，
由方程式可知，平衡时生成COCl₂为0.4mol，该温度下平衡常数K=$\frac{c（COCl{\;}_{2}）}{c（CO）×c（Cl{\;}_{2}）}$=$\frac{\frac{0.4}{2}}{\frac{0.8}{2}×\frac{0.2}{2}}$=5，
故答案为：=；5；
③正反应为气体体积减小的反应，增大压强平衡正向移动，CO转化率增大，而图中随X增大时，CO的平衡转化率降低，平衡逆向移动，则X为温度，正反应为放热反应，故a＜0，
故答案为：温度；＜；
（2）①当温度升高到710K时，单位时间内反应达平衡，由于该反应是放热反应，再升高温度，平衡向左移动，转化率降低，
故答案为：温度升高到710K时，单位时间内反应达平衡，该反应是放热反应，升高温度，平衡向左移动，转化率降低；
②该装置是原电池，通入一氧化碳的电极是负极，负极上一氧化碳失电子发生氧化反应，电极反应式为：CO-2e^-+H₂O═CO₂+2H⁺，NO被H₂O₂溶液氧化成强酸硝酸，双氧水被还原成水，则反应的离子方程式2NO+3H₂O₂═2NO₃^-+2H₂O+2H⁺，
故答案为：CO-2e^-+H₂O═CO₂+2H⁺；2NO+3H₂O₂═2NO₃^-+2H₂O+2H⁺；
（3）当有0.5mol甲醇参与反应时，产生的二氧化碳是0.5mol，和0.8mol氢氧化钾反应，根据元素守恒可以计算n （K₂CO₃）=0.3mol，n （KHCO₃）=0.2mol，二者的水溶液均为碱性，所以C（K⁺）＞C（CO₃^2-）＞C（HCO₃^-）＞C（OH^-）＞C（H⁺），
故答案为：C（K⁺）＞C（CO₃^2-）＞C（HCO₃^-）＞C（OH^-）＞C（H⁺）．

点评 本题主要考查了反应速率的计算、化学平衡、平衡常数的计算以及燃料电池中电极反应的书写和溶液中离子浓度的大小比较知识，属于综合知识的考查，难度大．