Question

12．光氣（COCl₂）在塑料、制革、制藥等工業(yè)中有許多用途，工業(yè)上采用高溫下CO與Cl₂在活性炭催化下合成．
（1）工業(yè)上利用天然氣（主要成分為CH₄）與CO₂進(jìn)行高溫重整制備CO，已知CH₄、H₂和CO的燃燒熱（△H）分別為-890.3KJ•mol^-1、-285.8KJ•mol^-1、-283.0KJ•mol^-1，則生成44.8L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）CO所需熱量為247.3 KJ；
（2）COCl₂的分解反應(yīng)為COCl₂（g）=Cl₂（g）+CO（g）△H=+108KJ•mol^-1．反應(yīng)體系達(dá)到平衡后，各物質(zhì)的濃度在不同條件下的變化狀況如下圖所示（第10min到14min的COCl₂濃度變化曲線未示出）：

①計(jì)算反應(yīng)在第8min 時(shí)的平衡常數(shù)K=0.234mol/L；（保留3位小數(shù)）
②比較第2min 反應(yīng)溫度T（2）與第8min反應(yīng)溫度T（8）的高低：T（2）＜T（8）（填“＜”、“＞”或“=”）；
③若12min 時(shí)反應(yīng)于溫度T（8）下重新達(dá)到平衡，則此時(shí)c（COCl₂）=0.031mol•l^-1；
④反應(yīng)進(jìn)行到14分鐘時(shí)曲線變化的原因可能是：b
a、加了催化劑   b、增大容器體積   c、降低溫度    d、減少CO的物質(zhì)的量
⑤比較反應(yīng)物COCl₂在5～6min和15～16min時(shí)平均反應(yīng)速率的大小v（5～6）＞v（15～16）（填“＜”、“＞”或“=”），原因是在相同溫度時(shí)，該反應(yīng)的反應(yīng)物濃度越高，反應(yīng)速率越大．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)CH₄、H₂、和CO的燃燒熱，可得熱化學(xué)方程式：
①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（L）△H=-890.3kJ•mol^-1
②O₂（g）+2H₂（g）=2H₂O（L）△H=-571.6kJ•mol ^-1
③2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，①-②-③可得：CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.3 kJ•mol ^-1，
再根據(jù)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式計(jì)算需要的熱量；
（2）①由圖可知，8min時(shí)COCl₂的平衡濃度為0.04mol/L，Cl₂的平衡濃度為0.11mol/L，CO的平衡濃度為0.085mol/L，代入平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（CO）×c（C{l}_{2}）}{c（COC{l}_{2}）}$計(jì)算；
②第8min時(shí)反應(yīng)物的濃度比第2min時(shí)減小，生成物濃度增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，4min瞬間濃度不變，不可能為改變壓強(qiáng)、濃度，應(yīng)是改變溫度，結(jié)合溫度對平衡影響判斷；
③由圖可知，10min瞬間Cl₂濃度不變，CO的濃度降低，故改變條件為移走CO，降低CO的濃度，平衡常數(shù)不變，與8min到達(dá)平衡時(shí)的平衡常數(shù)相同，由圖可知，12min時(shí)到達(dá)平衡時(shí)Cl₂的平衡濃度為0.12mol/L，CO的平衡濃度為0.06mol/L，根據(jù)平衡常數(shù)計(jì)算c（COCl₂）；
④反應(yīng)進(jìn)行到14分鐘時(shí)，改變條件平衡正向移動(dòng)，瞬間Cl₂的濃度、CO的濃度均變?yōu)樵�平衡�?\frac{2}{3}$，可能是增大容器體積；
⑤在5～6 min和15～16 min時(shí)反應(yīng)溫度相同，在相同溫度時(shí)，該反應(yīng)的反應(yīng)物濃度越高，反應(yīng)速率越大，但15～16 min時(shí)各組分的濃度都小，因此反應(yīng)速率�。�

解答 解：（1）根據(jù)CH₄、H₂、和CO的燃燒熱，可得熱化學(xué)方程式：
①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（L）△H=-890.3kJ•mol^-1
②O₂（g）+2H₂（g）=2H₂O（L）△H=-571.6kJ•mol ^-1
③2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，①-②-③可得：CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.3 kJ•mol ^-1，
即生成2molCO，需要吸熱247.3 KJ，
故答案為：247.3 KJ；
（2）①由圖可知，8min時(shí)COCl₂的平衡濃度為0.04mol/L，Cl₂的平衡濃度為0.11mol/L，CO的平衡濃度為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，故答案為：0.234mol/L；
②由第2min反應(yīng)溫度變?yōu)榈?min反應(yīng)溫度時(shí)，生成物濃度增大、反應(yīng)物濃度減小，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，所以T（2）＜T（8），
故答案為：＜；
③由圖可知，10min瞬間Cl₂濃度增大，CO的濃度降低，故改變條件為移走CO，降低CO的濃度，平衡常數(shù)不變，與8min到達(dá)平衡時(shí)的平衡常數(shù)相同，由圖可知，12min時(shí)到達(dá)平衡時(shí)Cl₂的平衡濃度為0.12mol/L，CO的平衡濃度為0.06mol/L，故：$\frac{0.06×0.12}{c（COC{l}_{2}）}$=0.234mol/L，解得c（COCl₂）=0.031mol/L；
故答案為：0.031；
④反應(yīng)進(jìn)行到14分鐘時(shí)，改變條件平衡正向移動(dòng)，瞬間Cl₂的濃度、CO的濃度均變?yōu)樵�平衡�?\frac{2}{3}$，可能是增大容器體積，故選：b；
⑤在5～6 min和15～16 min時(shí)反應(yīng)溫度相同，在相同溫度時(shí)，該反應(yīng)的反應(yīng)物濃度越高，反應(yīng)速率越大，但15～16 min時(shí)各組分的濃度都小，因此反應(yīng)速率小，即v（5～6）＞v（15～16），
故答案為：＞；在相同溫度時(shí)，該反應(yīng)的反應(yīng)物濃度越高，反應(yīng)速率越大．

點(diǎn)評 本題考查比較綜合，涉及蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱、化學(xué)平衡計(jì)算、化學(xué)平衡移動(dòng)、平衡常數(shù)、濃度隨時(shí)間變化曲線等，（2）中理解圖象中曲線變化趨勢及曲線變化可能改變的條件是解本題關(guān)鍵，是對學(xué)生綜合能力的考查，題目難度中等．