Question

研究发现，火力发电厂释放出的尾气是造成雾霾的主要原因之一，CO是其主要成分之一。为减少对环境造成的影响，发电厂试图采用以下方法将CO进行合理利用，以获得重要工业产品。

（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和Cl₂，在催化剂的作用下发生反应：CO(g)+ Cl₂(g) COCl₂(g)   △H=-108kJ/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	1.2	0.6
1	0.9
2		0.2
4	0.8

① 反应0～2min内的平均速率v(COCl₂)＝__________mol/(L·min)。

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

（2）在恒温恒容条件下关于反应CO(g)+Cl₂(g)CO Cl₂(g)，下列说法中正确的是_____（填序号）。

A．增大压强能使该反应速率加快，是因为增加了活化分子的百分数

B．使用合适的催化剂可以增大反应体系中COCl₂(g)的体积分数

C．若改变某个反应条件，反应体系中COCl₂(g)的含量不一定增大

D．若在恒容绝热的密闭容器中发生反应，当K 值不变时，说明反应已经达到平衡

（3）用CO与H₂在高温下合成C₅H₁₂（汽油的一种成分）。己知5CO(g)+11H₂(g)C₅H₁₂(g)+5H₂O(g)  △H<0，若X、L分别代表温度或压强，图（l）表示L一定时，CO的转化率随X的变化关系，则X代表的物理量是________，判断理由是________。

（4）工业上用CO通过电解法制备CH₄，电解池的工作原理如图（2）所示，其阳极的电极反应式为______；若每生成1molCH₄，理论上需要消耗CO的物质的量为________mol。

Answer

（1）①0.1；②=；5；（2）C、D；（3）温度，该反应正反应为放热反应，由图中信息可知温度升高，平衡逆向移动，CO的转化率减小，故X代表的物理量为温度；（4）CO+CO32--2e-=2CO2或CO+CO32-+H2O-2e-=2HCO3-；4；

【解析】

试题分析：（1）①反应0～2min内的平均速率v(Cl2) = (0.6 - 0.2) mol ÷ 2L ÷ 2 min = 0.1 mol/(L·min)，根据反应方程式中二者反应的物质的量关系可知v(COCl2)＝v(Cl2)= =0.1mol/(L·min)；②在2min时△n(Cl2)=(0.6-0.2)mol=0.4mol，则由于物质反应时物质的量的比等于方程式的化学计量数的比，所以△n(CO)= △n(Cl2)=0.4mol，n(Cl2)=1.2mol-0.4mol=0.8mol，在第4min时n(Cl2)=0.8mol，物质的量不变，物质的量浓度也不变，反应处于平衡状态，所以在2～4min间v(Cl2)正=v(Cl2)逆；由于△n(Cl2)=0.4mol，所以平衡时n(COCl2)＝0.4mol，则平衡时各种物质的浓度分别是c(Cl2)=0.8mol÷2L=0.4mol/L；c(CO)= 0.2mol÷2L=0.1mol/L；c(COCl2)＝0.4mol÷2L=0.2mol/L，则化学平衡常数K= c(COCl2)÷[c(Cl2)×c(CO)]= 0.2mol/L÷[0.1mol/L×0.4mol/L]= 5L/mol；（2）A．增大压强能使该反应速率加快，是因为增加了单位体积内的活化分子的数目，由于单位体积的分子总数增加，所以活化分子的百分数不变，错误；B．使用合适的催化剂可以增大反应速率，但是体系中COCl2(g)的体积分数不变，错误；C．若改变某个反应条件，化学平衡可能发生移动，也可能不发生移动，所以反应体系中COCl2(g)的含量不一定增大，正确；D．若在恒容绝热的密闭容器中发生反应，当K 值不变时，反应的热效应不变，反应已经达到平衡，正确。（3） 5CO(g)+11H2(g)C5H12(g)+5H2O(g) △H<0，该反应的正反应是气体体积减小的放热反应，升高温度，化学平衡向逆反应方向移动，CO转化率降低；增大压强，化学平衡正向移动，CO转化率增大，根据图像可知，在L一定时，X表示的是反应温度；判断理由是该反应正反应为放热反应，由图中信息可知温度升高，平衡逆向移动，CO的转化率减小，故X代表的物理量为温度；（4） 工业上用CO通过电解法制备CH4，根据电解池的工作原理图所示可知，在阳极CO被氧化产生CO2，该电极反应式为CO+CO32--2e-=2CO2或CO+CO32-+H2O-2e-=2HCO3-；在阴极CO被还原为CH4，由于在CO中C的化合价是+2价，在CH4中C的化合价是-4价，正极的电极反应式是：CO-6e-+5H2O=CH4+6OH-，总反应方程式是：4CO+3CO32-+5H2O=CH4+6CO2+6OH-，所以若每生成1molCH4，理论上需要消耗CO的物质的量为4mol。

考点：考查化学反应速率、化学平衡常数的计算、化学平衡移动原理的应用、电解原理的应用的知识。