Question

【題目】近年來，隨著聚酯工業(yè)的快速發(fā)展，氯氣的需求量和氯化氫的產出量也隨之迅速增長。因此，將氯化氫轉化為氯氣的技術成為科學研究的熱點�；卮鹣铝袉栴}：

（1）Deacon發(fā)明的直接氧化法為：4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2O(g)。下圖為剛性容器中，進料濃度比c(HCl) ∶c(O2)分別等于1∶1、4∶1、7∶1時HCl平衡轉化率隨溫度變化的關系：

可知反應平衡常數K（300℃）____________K（400℃）（填“大于”或“小于”）。設HCl初始濃度為c0，根據進料濃度比c(HCl)∶c(O2)=1∶1的數據計算K（400℃）=____________（列出計算式）。按化學計量比進料可以保持反應物高轉化率，同時降低產物分離的能耗。進料濃度比c(HCl)∶c(O2)過低、過高的不利影響分別是____________。

（2）Deacon直接氧化法可按下列催化過程進行：CuCl2(s)=CuCl(s)+Cl2(g) ΔH1=83 kJ·mol-1，CuCl(s)+O2(g)=CuO(s)+Cl2(g) ΔH2=-20 kJ·mol-1，CuO(s)+2HCl(g)=CuCl2(s)+H2O(g) ΔH3=-121 kJ·mol-1，則4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2O(g)的ΔH=_________ kJ·mol-1。

（3）在一定溫度的條件下，進一步提高HCl的轉化率的方法是______________。（寫出2種）

Answer 1

【答案】大于 O2和Cl2分離能耗較高、HCl轉化率較低 ﹣116 增加反應體系壓強、及時除去產物

【解析】

(1)結合圖象可知，進料濃度比相同時，溫度越高HCl平衡轉化率越低，說明該反應為放熱反應，升高溫度平衡向著逆向移動，溫度越高平衡常數越小；進料濃度比c(HCl)：c(O2)的比值越大，HCl的平衡轉化率越低，根據圖象可知，相同溫度時HCl轉化率最高的為進料濃度比c(HCl)：c(O2)=1：1，該曲線中400℃HCl的平衡轉化率為84%，

4HCl(g)+O2(g)═2Cl2(g)+2H2O(g)

初始 c0 c0 0 0

平衡 0.84c0 0.21c0 0.42c0 0.42c0

轉化c0-0.84c0c0-0.21c0 0.42c00.42c0

帶入K=計算即可；

進料濃度比c(HCl)：c(O2)過低時，O2濃度較大，Cl2和O2分離能耗較高；進料濃度比c(HCl)：c(O2)過高時，O2濃度過低，HCl的轉化率減小；

(2)①CuCl2(s)═CuCl(s)+Cl2(g)△H1=83kJmol-1，②CuCl(s)+O2(g)═CuO(s)+Cl2(g)△H2=-20kJmol-1，③CuO(s)+2HCl(g)═CuCl2(s)+H2O(g)△H3=-121kJmol-1，根據蓋斯定律，(①+②+③)×2可得4HCl(g)+O2(g)═2Cl2(g)+2H2O(g)，據此計算該反應的△H；

(3)4HCl(g)+O2(g)═2Cl2(g)+2H2O(g)為氣體體積縮小的放熱反應，若要提高HCl的轉化率，需要使平衡向著正向移動，結合平衡移動原理分析。

(1)根據反應方程式知，HCl平衡轉化率越大，平衡常數K越大，結合圖像知升高溫度平衡轉化率降低，說明升高溫度平衡向逆反應方向進行，則K(300℃)>K(400℃)；

由圖像知，400℃時，HCl平衡轉化率為84%，用三段式法對數據進行處理得：

起始(濃度) c0 c0 0 0

變化(濃度) 0.84c0 0.21c0 0.42c0 0.42c0

平衡(濃度)(1-0.84)c0 (1-0.21)c0 0.42c0 0.42c0

則K=；根據題干信息知，進料濃度比過低，氧氣大量剩余，導致分離產物氯氣和氧氣的能耗較高；進料濃度比過高，HCl不能充分反應，導致HCl轉化率較低；

(2)根據蓋斯定律知，(①+②+③)×2得 H=(H1+H2+H3)×2=-116kJ·mol-1；

(3)若想提高HCl的轉化率，應該促使平衡正向移動，該反應為氣體體積減小的反應，根據勒夏特列原理，可以增大壓強，使平衡正向移動；也可以及時除去產物，減小產物濃度，使平衡正向移動。