Question

【题目】CO、CO2是火力发电厂释放出的主要尾气，它们虽会对环境造成负面影响，但也是重要的化工原料，其回收利用是环保领域研究的热点课题。

（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与Cl2，在催化剂的作用下发生反应：CO(g)+Cl2(g)COCl2(g) ΔH=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反应从开始到2min 末这一段时间内的平均速率v(COCl2)=_____mol/(L·min)。

②在2min~4min 间，v (Cl2) 正______v (Cl2)逆（填“＞”、“＜”或“=”），该温度下K=_______。

③已知X、L可分别代表温度或压强，图1表示L不同时，CO的转化率随X的变化关系。L代表的物理量是_____________；a_________0（填“＞”、“＜”或“=”）。

（2）在催化剂作用下NO和CO 可转化为无毒气体：

2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g) △H

①已知： N2(g)+O2 (g)=2NO(g) △H1= +180.0kJ/mol

2C(s)+O2 (g)=2CO (g) △H2= -221.0 kJ/mol

2C(s)+2O2 (g)=2CO2 (g) △H3= -787.0 kJ/mol

则ΔH=____________。

②研究表明：在使用等质量催化剂时，增大催化剂比表面积可提高化学反应速率。某同学设计了三组实验（实验条件已经填在下面的实验设计表中）。实验的设计目的是___________________________。

实验编号	T（℃）	NO初始浓度 (mol L-1)	CO初始浓度 (mol L-1)	催化剂的比表面积(m2 g-1)
Ⅰ	280	1.20×10-3	5.80×10-3	82
Ⅱ	280	1.20×10-3	5.80×10-3	124
Ⅲ	350	1.20×10-3	5.80×10-3	124

（3）在强酸性的电解质水溶液中，惰性材料作电极，电解CO2可得到多种燃料，其原理如图2 所示。

①b 为电源的_______（填“正”或“负”）极，电解时，生成丙烯的电极反应式是_________。

②侯氏制碱法中可利用CO2、NH3、NaCl等为原料先制得NaHCO3，进而生产出纯碱。已知H2CO3 的Ka1=4.3×10-7 molL-1、Ka2=5.6×10-11 molL-1，NaHCO3溶液中各离子浓度由大到小的顺序为________。

Answer 1

【答案】 0.1 ＝ 5 压强 ＜ ΔH=-746kJ·mol-1 探究温度和催化剂比表面积对化学反应速率的影响 正 3CO2+18H++18e-=C3H6+6H2O c(Na+)>c(HCO3-)>c(OH-)>c(H+)>c(CO32-)

【解析】(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，则v(COCl2)= =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===5，故答案为：=；5；

③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，a＜0，正反应为气体体积减小的反应，随着增大压强平衡正向移动，CO转化率增大，故L为压强，且L1＜L2，故答案为：压强；＜；

(2)①已知：i.N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H1= +180.0kJ/mol，ii.2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H2= -221.0 kJ/mol，iii.2C(s)+2O2(g)=2CO2(g) △H3= -787.0 kJ/mol，根据盖斯定律，将iii-i-ii得2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g) △H=(-787.0 kJ/mol)-(+180.0kJ/mol)-(-221.0 kJ/mol)=-746kJ·mol-1，故答案为：-746kJ·mol-1；

②利用控制变量法分析解答，Ⅰ、Ⅱ研究的是催化剂的比表面积对速率的影响，Ⅱ、Ⅲ的催化剂比表面积相同，研究的是温度对速率的影响，Ⅰ、Ⅲ催化剂的比表面积不同，温度不同，研究温度、催化剂的比表面积对反应速率的影响，故目的是：探究温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律，故答案为：探究温度和催化剂比表面积对化学反应速率的影响；

(3)①太阳能电池为电源，电解强酸性的二氧化碳水溶液得到丙烯，电解时，连接电源b极的电极上放出氧气，是溶液中的氢氧根离子失去电子发生了氧化反应的结果，因此b为电源的正极，二氧化碳在a极上生成乙烯、丙烯等，得到电子发生还原反应，电极反应式为3CO2+18H++18e-=C3H6+6H2O，故答案为：正；3CO2+18H++18e-=C3H6+6H2O；

②NaHCO3溶液的水解常数Kh===×10-7＞Ka2=5.6×10-11，说明水解程度大于电离程度，溶液显碱性，氢离子有碳酸氢根离子电离和水的电离得到，则c(H+)>c(CO32-)，因此NaHCO3溶液中各离子浓度由大到小c(Na+)>c(HCO3-)>c(OH-)>c(H+)>c(CO32-)，故答案为：c(Na+)>c(HCO3-)>c(OH-)>c(H+)>c(CO32-)。