Question

5．N、C、S元素的單質(zhì)及化合物在工農(nóng)業(yè)生成中有著重要的應(yīng)用
Ⅰ．CO與Cl₂在催化劑的作用下合成光氣（COCl₂）．某溫度下，向2L的密閉容器中投入一定量的CO和Cl₂，在催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)：CO（g）+Cl₂（g）?COCl₂（g）反應(yīng)過程中測定的部分?jǐn)?shù)據(jù)如表：

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

（1）寫出光氣（COCl₂）的電子式
（2）圖1是T℃時(shí)，CO和Cl₂的物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間（t）的變化情況．用COCl₂表示2min內(nèi)的反應(yīng)速率v（COCl₂）=0.1mol/（L．min）．該溫度下的平衡常數(shù)K=5．
（3）在一容積可變的密閉容器中充入10molCO和20molCl₂，CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度（T）、壓強(qiáng)（P）的變化如圖1所示．
①下列說法能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡的是BD（填字母序號）．
A．Cl₂的消耗速率等于COCl₂的生成速率
B．Cl₂的體積分?jǐn)?shù)不變
C．Cl₂的轉(zhuǎn)化率和CO的轉(zhuǎn)化率相等
D．混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不再改變
②比較A、B兩點(diǎn)壓強(qiáng)大小：P（A）＜P（B）（填“＞”、“＜”或“=”）
③若達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)A時(shí)，容器的體積為20L．如果反應(yīng)開始時(shí)仍充入10molCO和20molCl₂，則在平衡狀態(tài)B時(shí)容器的體積為4L．
Ⅱ甲醇是一種重要的化工原料，查資料，甲醇的制取可用以下兩種方法：
（1）可用CO和H₂制取甲醇：
已知CO、CH₃OH和H₂的燃燒分別是283kj/mol、726.83kj/mol、285.2kj/mol寫出由 CO和H₂制取甲醇的熱化學(xué)方程式CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l），△H=-126.57kJ/mol．
（2）用電化學(xué)法制�。耗衬�擬植物光合作用的電化學(xué)裝置如圖2，該裝置能將H₂O和CO₂轉(zhuǎn)化為O₂和甲醇（CH₃OH）．
①該裝置工作時(shí)H⁺向b區(qū)移動(dòng)（填“a”或“b”）
②b極上的電極反應(yīng)式為6H⁺+CO₂+6e^-=CH₃OH+H₂O．

Answer 1

分析 I．（1）結(jié)構(gòu)式為：，每個(gè)氯原子還含有3個(gè)孤電子對、O原子還含有2個(gè)孤電子對；
（2）2min內(nèi)參加反應(yīng)的n（CO）=1.20mol-0.80mol=0.40mol，根據(jù)方程式知，生成n（COCl₂）=n（CO）（反應(yīng)）=0.40mol，則v（COCl₂）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$；
根據(jù)表中數(shù)據(jù)知，4min時(shí)參加反應(yīng)的n（Cl₂）=0.60mol-0.20mol=0.40mol，2min時(shí)參加反應(yīng)的n（CO）=1.20mol-0.80mol=0.40mol，根據(jù)方程式知，參加反應(yīng)的氯氣和CO的物質(zhì)的量相等，所以2min時(shí)該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，
該反應(yīng)：CO（g）+Cl₂（g）?COCl₂（g）
開始（mol）1.20     0.60              0
反應(yīng)（mol）0.40      0.40           0.40
平衡（mol）0.80      0.20           0.40
平衡時(shí)c（CO）=$\frac{0.80mol}{2L}$=0.40mol/L、c（Cl₂）=$\frac{0.20mol}{2L}$=0.10mol/L、c（COCl₂）=$\frac{0.40mol}{2L}$=0.20mol/L，
化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{c（COC{l}_{2}）}{c（CO）•c（C{l}_{2}）}$；
（3）①可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不變；
②相同溫度下，增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率增大；
③A、B反應(yīng)溫度相等，則平衡常數(shù)相等，利用平衡常數(shù)計(jì)算；
II．（1）由CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱△H分別為-283.0kJ•mol^-1和-726.5kJ•mol^-1，則
①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1 
②CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ•mol^-1 
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-286kJ•mol^-1
由蓋斯定律可知用①+③-$\frac{2}{3}$×②得反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l），焓變進(jìn)行相應(yīng)的改變；
（2）①電解池中陰離子向陽極移動(dòng)、陽離子向陰極移動(dòng)；
②b電極上二氧化碳得電子和氫離子反應(yīng)生成甲醇．

解答 解：I．（1）結(jié)構(gòu)式為，每個(gè)氯原子還含有3個(gè)孤電子對、O原子還含有2個(gè)孤電子對，其電子式為，
故答案為：；
（2）2min內(nèi)參加反應(yīng)的n（CO）=1.20mol-0.80mol=0.40mol，根據(jù)方程式知，生成n（COCl₂）=n（CO）（反應(yīng)）=0.40mol，則v（COCl₂）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{0.40mol}{2L}}{2min}$=0.1mol/（L．min）；
根據(jù)表中數(shù)據(jù)知，4min時(shí)參加反應(yīng)的n（Cl₂）=0.60mol-0.20mol=0.40mol，2min時(shí)參加反應(yīng)的n（CO）=1.20mol-0.80mol=0.40mol，根據(jù)方程式知，參加反應(yīng)的氯氣和CO的物質(zhì)的量相等，所以2min時(shí)該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，
該反應(yīng)CO（g）+Cl₂（g）?COCl₂（g）
開始（mol）1.20   0.60           0
反應(yīng)（mol）0.40   0.40           0.40
平衡（mol）0.80   0.20           0.40
平衡時(shí)c（CO）=$\frac{0.80mol}{2L}$=0.40mol/L、c（Cl₂）=$\frac{0.20mol}{2L}$=0.10mol/L、c（COCl₂）=$\frac{0.40mol}{2L}$=0.20mol/L，
化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{c（COC{l}_{2}）}{c（CO）•c（C{l}_{2}）}$=$\frac{0.20}{0.40×0.10}$=5，
故答案為：0.1mol/（L．min）；5；
（3）①A．無論反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，都存在Cl₂的消耗速率等于COCl₂的生成速率，不能據(jù)此判斷平衡狀態(tài)，故錯(cuò)誤；
B．Cl₂的體積分?jǐn)?shù)不變，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確；
C．Cl₂的轉(zhuǎn)化率和CO的轉(zhuǎn)化率相等時(shí)，正逆反應(yīng)速率不相等，該反應(yīng)沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，故錯(cuò)誤；
D．反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量減小、總質(zhì)量不變，則反應(yīng)前后氣體平均摩爾質(zhì)量增大，當(dāng)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不再改變時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確；
故選BD；
②相同溫度下，增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率增大，所以P₁＜P₂，故答案為：＜；
③當(dāng)達(dá)到平衡狀態(tài)A時(shí)，容器的體積為10L，此時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為50%，則
                  CO（g）+Cl₂（g）?COCl₂（g）
起始（mol/L）：0.5     1             0
轉(zhuǎn)化（mol/L）：0.25   0.25         0.25
平衡（mol/L）：0.25   0.75         0.25
k=$\frac{0.25}{0.25×0.75}$=$\frac{4}{3}$，因A、B反應(yīng)溫度相等，則平衡常數(shù)相等，且B點(diǎn)時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為80%，
則           CO（g）+Cl₂（g）?COCl₂（g）
起始（mol）：10     20            0
轉(zhuǎn)化（mol）：8       8             8
平衡（mol）：2       12           8
設(shè)體積為VL，則
化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{\frac{8}{V}}{\frac{2}{V}×\frac{12}{V}}$=$\frac{4}{3}$，V=4
故答案為：4；
II．（1）由CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱△H分別為-283.0kJ•mol^-1和-726.5kJ•mol^-1，則
①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1 
②CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ•mol^-1 
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-286kJ•mol^-1
由蓋斯定律可知用①+③-$\frac{2}{3}$×②得反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l），△H=（-283.0kJ•mol^-1 
）+（-286kJ•mol^-1）-$\frac{2}{3}$（-726.5kJ•mol^-1）=-126.57kJ/mol，
故答案為：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l），△H=-126.57kJ/mol；
（2）①電解池中陰離子向陽極移動(dòng)、陽離子向陰極移動(dòng)，所以氫離子向陰極b移動(dòng)，故答案為：b；
②b電極上二氧化碳得電子和氫離子反應(yīng)生成甲醇，電極反應(yīng)式為6H⁺+CO₂+6e^-=CH₃OH+H₂O，故答案為：6H⁺+CO₂+6e^-=CH₃OH+H₂O．

點(diǎn)評 本題考查較綜合，涉及化學(xué)平衡計(jì)算、電解池原理、蓋斯定律、化學(xué)平衡狀態(tài)判斷等知識點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析、判斷、計(jì)算能力，明確化學(xué)反應(yīng)原理是解本題關(guān)鍵，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書寫，要結(jié)合電解質(zhì)溶液酸堿性書寫，注意：化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，與反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率及物質(zhì)濃度無關(guān)．