Question

【題目】近年來，隨著聚酯工業(yè)的快速發(fā)展，將氯化氫轉(zhuǎn)化為氯氣的技術(shù)成為科學(xué)研究的熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的Deacon直接氧化法，按下列催化過程進(jìn)行：4HCl(g)+O2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g)

(1)寫出上述反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=___。

(2)生產(chǎn)過程中可使用CuCl2作催化劑，反應(yīng)原理如下：

CuCl2(s)+O2(g)=CuO(s)+Cl2(g) △H1=+63kJmol-1

CuO(s)+2HCl(g)=CuCl2(s)+H2O(g) △H2=-121kJmol-1

則4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)的△H=___kJmol-1。

(3)生產(chǎn)中反應(yīng)溫度通常控制在420℃左右，原因是___。在一定溫度下，進(jìn)一步提高HCl平衡轉(zhuǎn)化率的方法是___(寫出2種)。

(4)420℃時(shí)，將一定量的O2和HCl通入4L的恒容密閉容器中，反應(yīng)過程中氧氣的變化量如圖所示，則0~20min平均反應(yīng)速率v(HCl)為___molL-1·min-1。

Answer 1

【答案】 -116 溫度太低，反應(yīng)速率太慢；溫度太高，平衡逆向移動(dòng)，產(chǎn)率降低 增加反應(yīng)體系的壓強(qiáng)、及時(shí)分離出產(chǎn)物 0.04

【解析】

根據(jù)生成物濃度冪之積與反應(yīng)物的濃度冪之積的比值表示化學(xué)平衡常數(shù)；利用蓋斯定律計(jì)算焓變；從反應(yīng)的能量變化和催化劑的角度分析，從化學(xué)平衡移動(dòng)角度分析提高反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的方法；根據(jù)氧氣的濃度變化量求出氧氣的化學(xué)反應(yīng)速率，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算出氯化氫的化學(xué)反應(yīng)速率。

(1)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)可知，化學(xué)平衡等于生成物濃度冪之積與反應(yīng)物的濃度冪之積的比值，即反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=；

(2)根據(jù)反應(yīng)原理：①CuCl2(s)+O2(g)=CuO(s)+Cl2(g)△H1=+63kJmol-1

②CuO(s)+2HCl(g)=CuCl2(s)+H2O(g)△H2=-121kJmol-1

利用蓋斯定律：2×(①+②)得到：4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)的△H=-116kJmol-1；

(3)生產(chǎn)中反應(yīng)溫度通常控制在420℃左右，是因?yàn)闇囟忍�低，反�?yīng)速率太慢；溫度太高，平衡逆向移動(dòng)，產(chǎn)率降低；

若想提高HCl的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)該促使平衡向著正向移動(dòng)，該反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體體積減小的反應(yīng)，根據(jù)勒夏特列原理，可以增加反應(yīng)體系壓強(qiáng)，使平衡正向移動(dòng)；也可以及時(shí)除去產(chǎn)物，減小產(chǎn)物濃度，使平衡正向移動(dòng)；

(4)由圖可知，0~20min平均反應(yīng)速率v(O2)=，根據(jù)化學(xué)方程式：4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)，v(HCl)=4v(O2)=0.04 molL-1·min-1。