Question

【題目】CO、CO2是火力發電廠釋放出的主要尾氣，它們雖會對環境造成負面影響，但也是重要的化工原料，其回收利用是環保領域研究的熱點課題。

（1）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與Cl2，在催化劑的作用下發生反應：CO(g)+Cl2(g)COCl2(g) ΔH=a kJ/ mol。

反應過程中測定的部分數據如下表：

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

①反應從開始到2min 末這一段時間內的平均速率v(COCl2)=_____mol/(L·min)。

②在2min~4min 間，v (Cl2) 正______v (Cl2)逆（填“＞”、“＜”或“=”），該溫度下K=_______。

③已知X、L可分別代表溫度或壓強，圖1表示L不同時，CO的轉化率隨X的變化關系。L代表的物理量是_____________；a_________0（填“＞”、“＜”或“=”）。

（2）在催化劑作用下NO和CO 可轉化為無毒氣體：

2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g) △H

①已知： N2(g)+O2 (g)=2NO(g) △H1= +180.0kJ/mol

2C(s)+O2 (g)=2CO (g) △H2= -221.0 kJ/mol

2C(s)+2O2 (g)=2CO2 (g) △H3= -787.0 kJ/mol

則ΔH=____________。

②研究表明：在使用等質量催化劑時，增大催化劑比表面積可提高化學反應速率。某同學設計了三組實驗（實驗條件已經填在下面的實驗設計表中）。實驗的設計目的是___________________________。

實驗編號	T（℃）	NO初始濃度 (mol L-1)	CO初始濃度 (mol L-1)	催化劑的比表面積(m2 g-1)
Ⅰ	280	1.20×10-3	5.80×10-3	82
Ⅱ	280	1.20×10-3	5.80×10-3	124
Ⅲ	350	1.20×10-3	5.80×10-3	124

（3）在強酸性的電解質水溶液中，惰性材料作電極，電解CO2可得到多種燃料，其原理如圖2 所示。

①b 為電源的_______（填“正”或“負”）極，電解時，生成丙烯的電極反應式是_________。

②侯氏制堿法中可利用CO2、NH3、NaCl等為原料先制得NaHCO3，進而生產出純堿。已知H2CO3 的Ka1=4.3×10-7 molL-1、Ka2=5.6×10-11 molL-1，NaHCO3溶液中各離子濃度由大到小的順序為________。

Answer 1

【答案】 0.1 ＝ 5 壓強 ＜ ΔH=-746kJ·mol-1 探究溫度和催化劑比表面積對化學反應速率的影響 正 3CO2+18H++18e-=C3H6+6H2O c(Na+)>c(HCO3-)>c(OH-)>c(H+)>c(CO32-)

【解析】(1)①由表中數據，可知0～2min內△n(CO)=1.2mol-0.8mol=0.4mol，由方程式可知△c(COCl2)=△c(CO)=0.4mol，則v(COCl2)= =0.1mol/(L·min)，故答案為：0.1；

②4min內，反應的氯氣為0.6mol-0.2mol=0.4mol，由方程式可知參加反應的CO為0.4mol，故4min時CO為1.2mol-0.4mol=0.8mol，與2min時CO的物質的量相等，則2min、4min處于平衡狀態，在2min～4min間，v(Cl2)正 =v(Cl2)逆，由方程式可知，平衡時生成COCl2為0.4mol，該溫度下平衡常數K===5，故答案為：=；5；

③圖中隨X增大時，CO的平衡轉化率降低，平衡逆向移動，則X為溫度，正反應為放熱反應，a＜0，正反應為氣體體積減小的反應，隨著增大壓強平衡正向移動，CO轉化率增大，故L為壓強，且L1＜L2，故答案為：壓強；＜；

(2)①已知：i.N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H1= +180.0kJ/mol，ii.2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H2= -221.0 kJ/mol，iii.2C(s)+2O2(g)=2CO2(g) △H3= -787.0 kJ/mol，根據蓋斯定律，將iii-i-ii得2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g) △H=(-787.0 kJ/mol)-(+180.0kJ/mol)-(-221.0 kJ/mol)=-746kJ·mol-1，故答案為：-746kJ·mol-1；

②利用控制變量法分析解答，Ⅰ、Ⅱ研究的是催化劑的比表面積對速率的影響，Ⅱ、Ⅲ的催化劑比表面積相同，研究的是溫度對速率的影響，Ⅰ、Ⅲ催化劑的比表面積不同，溫度不同，研究溫度、催化劑的比表面積對反應速率的影響，故目的是：探究溫度、催化劑比表面積對化學反應速率的影響規律，故答案為：探究溫度和催化劑比表面積對化學反應速率的影響；

(3)①太陽能電池為電源，電解強酸性的二氧化碳水溶液得到丙烯，電解時，連接電源b極的電極上放出氧氣，是溶液中的氫氧根離子失去電子發生了氧化反應的結果，因此b為電源的正極，二氧化碳在a極上生成乙烯、丙烯等，得到電子發生還原反應，電極反應式為3CO2+18H++18e-=C3H6+6H2O，故答案為：正；3CO2+18H++18e-=C3H6+6H2O；

②NaHCO3溶液的水解常數Kh===×10-7＞Ka2=5.6×10-11，說明水解程度大于電離程度，溶液顯堿性，氫離子有碳酸氫根離子電離和水的電離得到，則c(H+)>c(CO32-)，因此NaHCO3溶液中各離子濃度由大到小c(Na+)>c(HCO3-)>c(OH-)>c(H+)>c(CO32-)，故答案為：c(Na+)>c(HCO3-)>c(OH-)>c(H+)>c(CO32-)。