Question

(15分)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）实验室常用来制备氯气的化学方程式为                                      ；

（2）工业上利用天然气（主要成分为CH₄）与CO₂进行高温重整制备CO，已知CH₄、H₂、和CO的燃烧热（ΔH）分别为-890.3kJ·mol^-1、-285.8kJ.mol^-1和-283.0kJ.mol^-1，则生成1m³（标准状况）CO所需热量为                 ；

（3）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

                                             ；

（4）COCl₂的分解反应为COCl₂（g）=Cl₂（g）+CO（g） ΔH=+108kJ·mol^-1。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下图所示（第10min到14min的COCl₂浓度变化曲线未示出）：

①计算反应在第8min时的平衡常数K=                   ；

②比较第2min反应温度T（2）与第8min反应温度T（8）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）=        mol·L^-1；

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（12-13））的大小                                        ；

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                                                      。

Answer

【解析】 （1）实验室中用二氧化锰与浓盐酸共热制取氯气。

（2）根据题目信息，写出CH4、H2、CO燃烧的热化学方程式分别为：

CH4（g）＋2O2（g）= 2H2O (l)＋CO2（g） ΔH1= —890.3kJ·moL-1 ①

H2（g）＋1/2O2（g）= H2O (l) ΔH2= -285.8kJ·moL-1 ②

CO（g）＋1/2O2（g）= CO2（g） ΔH3= -283.0kJ·moL-1 ③

工业用甲烷和二氧化碳反应制取CO的热化学方程式为：

CH4（g）＋CO2（g）= 2H2（g）＋2CO（g） ΔH

由盖斯定律和方程式①②③可知：

ΔH=ΔH1-2ΔH2-2ΔH3=（-890.3）kJ·moL-1-2×（-285.8）kJ·moL-1-2×（-283.0）kJ·moL-1=247.3 kJ·moL-1，即生成2mol CO，需要吸热247.3 KJ，那么要得到1立方米的CO,吸热为(1000/22.4)×247.3/2=5.52×103 KJ。

(4)①由图示可知8min时COCl2、Cl2、CO三种物质的浓度分别为0.04mol·L-1、0.11 mol·L-1、0.085 mol·L-1。所以此时其平衡常数为：0.11 mol·L-1×0.085 mol·L-1÷0.04 mol·L-1=0.23 4mol·L-1。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。又因为正反应为吸热反应，所以T（2）＞T（8）。④ 根据图像变化可知：在2min时升温， ⑤ 在10min时 增加COCl2的浓度，在12min时，反应达到平衡 。

【考点定位】热化学方程式的书写、反应热的计算、化学反应速率、影响化学反应速率的因素、化学平衡、化学图像。