题目内容
9.光气(COCl2)在塑料、制革、制药等工业中有许多用途,工业上采用高温下CO与Cl2在活性炭催化下合成.(1)实验室中可用氯仿(CHCl3)与双氧水直接反应制备光气,其反应的化学方程式为CHCl3+H2O2=HCl+H2O+COCl2;
(2)COCl2的分解反应为COCl2(g)═Cl2(g)+CO(g)△H=+108kJ/mol.反应体系达到平衡后,各物质的浓度在不同条件下的变化状况如图所示(第10min到14min的COCl2浓度变化曲线来示出):
①计算反应在第8min时的平衡常数K=0.234mol/L
②比较第2min反应温度T(2)与第8min反应温度(T8)的高低:T(2)<T(8)(填“<”、“>”或“=”);
③若12min时反应于温度T(8)下重新达到平衡,则此时c(COCl2)=0.031mol/L;
④比较产物CO在2~3min、5~6min和12~13min时平均反应速率[平均反应速率分别以v(2-3)、v(5-6)、v(l2-13)表示]的大小v(5~6)>v(2~3)=v(12~13);
⑤比较反应物COCl2在5-6min和15-16min时平均反应速率的大小:v(5-6)>v(15-16)(填“<”、“>”或“=”),原因是在相同温度时,该反应的反应物浓度越高,反应速率越大.
分析 (1)CHCl3中碳为+2价,COCl2中碳为+4价,故H2O2中氧元素化合价由-1价降低为-2价,生成H2O,由电子转移守恒与原子守恒可知,CHCl3、H2O2、COCl2、H2O的化学计量数为1:1:1:1,根据原子守恒故含有HCl生成;
(2)①由图可知,8min时COCl2的平衡浓度为0.04mol/L,Cl2的平衡浓度为0.11mol/L,CO的平衡浓度为0.085mol/L,代入平衡常数表达式K=$\frac{c(CO)×c(C{l}_{2})}{c(COC{l}_{2})}$计算;
②第8min时反应物的浓度比第2min时减小,生成物浓度增大,平衡向正反应方向移动,4min瞬间浓度不变,不可能为改变压强、浓度,应是改变温度,结合温度对平衡影响判断;
③由图可知,10min瞬间Cl2浓度不变,CO的浓度降低,故改变条件为移走CO,降低CO的浓度,平衡常数不变,与8min到达平衡时的平衡常数相同,由图可知,12min时到达平衡时Cl2的平衡浓度为0.12mol/L,CO的平衡浓度为0.06mol/L,根据平衡常数计算c(COCl2);
④根据化学反应速率的定义,可知反应在2~3 min和12~13 min处于平衡状态,CO的平均反应速率为0;
⑤在5~6 min和15~16 min时反应温度相同,在相同温度时,该反应的反应物浓度越高,反应速率越大,但15~16 min时各组分的浓度都小,因此反应速率小.
解答 解:(1)CHCl3中碳为+2价,COCl2中碳为+4价,故H2O2中氧元素化合价由-1价降低为-2价,生成H2O,由电子转移守恒与原子守恒可知,CHCl3、H2O2、COCl2、H2O的化学计量数为1:1:1:1,根据原子守恒故含有HCl生成,故反应方程式为CHCl3+H2O2=HCl+H2O+COCl2,
故答案为:CHCl3+H2O2=HCl+H2O+COCl2;
(2)①由图可知,8min时COCl2的平衡浓度为0.04mol/L,Cl2的平衡浓度为0.11mol/L,CO的平衡浓度为0.085mol/L,K=$\frac{c(CO)×c(C{l}_{2})}{c(COC{l}_{2})}$=$\frac{0.085×0.11}{0.04}$=0.234mol/L,故答案为:0.234mol/L;
②由第2min反应温度变为第8min反应温度时,生成物浓度增大、反应物浓度减小,平衡向正反应方向移动,正反应是吸热反应,升高温度,平衡向正反应方向移动,所以T(2)<T(8),
故答案为:<;
③由图可知,10min瞬间Cl2浓度增大,CO的浓度降低,故改变条件为移走CO,降低CO的浓度,平衡常数不变,与8min到达平衡时的平衡常数相同,由图可知,12min时到达平衡时Cl2的平衡浓度为0.12mol/L,CO的平衡浓度为0.06mol/L,故:$\frac{0.06×0.12}{c(COC{l}_{2})}$=0.234mol/L,解得c(COCl2)=0.031mol/L;
故答案为:0.031;
④根据化学反应速率的定义,可知反应在2~3 min和12~13 min处于平衡状态,CO的平均反应速率为0,在5~6min时,反应向正反应进行,故CO的平均反应速率为:v(5~6)>v(2~3)=v(12~13),
故答案为:v(5~6)>v(2~3)=v(12~13);
⑤在5~6 min和15~16 min时反应温度相同,在相同温度时,该反应的反应物浓度越高,反应速率越大,但15~16 min时各组分的浓度都小,因此反应速率小,即v(5~6)>v(15~16),
故答案为:>;在相同温度时,该反应的反应物浓度越高,反应速率越大.
点评 本题考查化学平衡计算、化学平衡移动、平衡常数、浓度随时间变化曲线等,为高频考点,侧重考查学生的分析、计算能力,注意(2)中理解图象中曲线变化趋势及曲线变化可能改变的条件是解本题关键,是对学生综合能力的考查,题目难度中等.
| A. | 实验法 | B. | 分类法 | C. | 观察法 | D. | 比较法 |
| A. | 升高温度,该反应的平衡常数增大 | |
| B. | 由图2信息,10 min内该反应的平均速率v(H2)=0.09 mol•L-1•min-1 | |
| C. | 由图2信息,从11 min起其它条件不变,压缩容器的体积,则n(N2)的变化曲线为d | |
| D. | 图3中温度T1<T2,a、b、c三点所处的平衡状态中,反应物N2的转化率最高的是b点 |
实验过程中;石英砂中的铁、铝等杂质也能转化为相应氯化物,SiCl4,A1C13,FeC13遇水均易水解,有关物质的物理常数见下表:
| 物质 | SiC14 | A1C13 | FeC13 |
| 沸点/℃ | 57.7 | - | 315 |
| 熔点/℃ | -70.0 | - | - |
| 升华温度/℃ | - | 180 | 300 |
(I)实验室制备氛气有以下五步操作,其正确操作顺序为④③⑤②①(填标号).
①向烧瓶中装入二氧化锰固体,向分液漏斗中加入浓盐酸
②检查装置的气密性
③把酒精灯放在铁架台上,根据酒精灯火焰确定铁圈高度,固定铁圈,放上石棉网
④在烧瓶上装好分液漏斗,安装好导气管
⑤将烧瓶固定在铁架台上
(2)装置A的硬质玻璃管中发生主要反应的化学方程式是2C+SiO2+2Cl2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SiCl4+2CO↑;,置A.B间导管短且粗的原因是防止生成物中的AlCl3、FeCl3等杂质凝结成固体堵塞导管,实验中尾气处理的方法是连接一个加热的装有CuO粉末的反应管.
(3)装置B中e瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏)得到高纯度四氛化硅.在精馏过程中,不可能用到的仪器有CD(填正确答案标号).
A.圆底烧瓶 B.温度计 C.吸滤瓶 D球形冷凝管 E.接收器
(4)装置D中的Na2SO3的作用主要是吸收未反应完的Cl2请设计一个实验,证明装置D中的Na2SO3已被氧化(简述实验步骤):取少量溶液置于洁净的试管中,向其中滴加稀盐酸至不再产生气体;再向其中滴入氯化钡溶液,若产生白色沉淀,证明亚硫酸钠被氧化.
(5)SiCl4极易水解,其完全水解的产物为H4SiO4(或H2SiO3)和HCl;H2还原SiCl4制得高纯硅的过程中若混入O2,可能引起的后果是可能引起爆炸、硅被氧化得不到高纯硅.