Question

14．PCl₃和Cl₂在一定條件下反應(yīng)生成PCl₅．
（1）已知PCl₃的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)分別為-93.6℃和76.1℃，PCl₅的熔點(diǎn)為167℃．常溫常壓下，PCl₃與Cl₂反應(yīng)生成41.7 g PCl₅時(shí)放出熱量24.76kJ，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為PCl₃（l）+Cl₂）g）═PCl₅（s）△H=-123.8kJ/mol．
（2）反應(yīng)PCl₃（g）+Cl₂（g）?PCl₅（g） 在容積為5 L的密閉容器中進(jìn)行．起始時(shí)PCl₃和Cl₂均為0.1 mol，反應(yīng)在不同條件下進(jìn)行，反應(yīng)體系總壓強(qiáng)隨時(shí)間的變化如圖所示．
①與實(shí)驗(yàn)a相比，b組改變的實(shí)驗(yàn)條件是加入催化劑，c組改變的實(shí)驗(yàn)條件是升高溫度．
②計(jì)算實(shí)驗(yàn)a中反應(yīng)的平衡常數(shù)及Cl₂的轉(zhuǎn)化率（要求寫出計(jì)算過程）．

Answer 1

分析 （1）常溫常壓下，PCl₃為液態(tài)，PCl₅為固態(tài)，PCl₃與Cl₂反應(yīng)生成41.7 g PCl₅即0.2molPCl₅時(shí)放出熱量24.76kJ，據(jù)此可知當(dāng)生成1molPCl₅時(shí)放出熱量123.8kJ，據(jù)此寫出熱化學(xué)方程式；
（2）①分析圖象可知達(dá)到平衡狀態(tài)的時(shí)間不同，時(shí)間越短反應(yīng)速率越快；其中b和a達(dá)到相同平衡狀態(tài)，但時(shí)間不同，說明b是加入了催化劑改變了反應(yīng)速率；c混合氣體壓強(qiáng)增大，達(dá)到平衡時(shí)間縮短，所以是升溫引起的壓強(qiáng)增大；
②設(shè)PCl₃與Cl₂反應(yīng)達(dá)平衡后生成PCl₅物質(zhì)的量為x mol，根據(jù)三段式，表示出各物質(zhì)的平衡的物質(zhì)的量，然后根據(jù)在恒容時(shí)，氣體的物質(zhì)的量之比等于壓強(qiáng)之比，求出X，即可解得K和平衡轉(zhuǎn)化率．

解答 解：（1）常溫常壓下，PCl₃為液態(tài)，PCl₅為固態(tài)，PCl₃與Cl₂反應(yīng)生成41.7 g PCl₅即0.2molPCl₅時(shí)放出熱量24.76kJ，據(jù)此可知當(dāng)生成1molPCl₅時(shí)放出熱量123.8kJ，故熱化學(xué)方程式為：PCl₃（l）+Cl₂）g）═PCl₅（s）△H=-123.8 kJ/mol，故答案為：PCl₃（l）+Cl₂）g）═PCl₅（s）△H=-123.8 kJ/mol；
（2）①分析圖象可知達(dá)到平衡狀態(tài)的時(shí)間不同，時(shí)間越短反應(yīng)速率越快，圖中3組實(shí)驗(yàn)從反應(yīng)開始至達(dá)到平衡時(shí)的反應(yīng)速率v（PCl₃）由大到小的次序b＞c＞a，與實(shí)驗(yàn)a相比，b和a達(dá)到相同平衡狀態(tài)，但時(shí)間不同，b組改變的實(shí)驗(yàn)條件及判斷依據(jù)是加入了催化劑改變了反應(yīng)速率；c混合氣體壓強(qiáng)增大，達(dá)到平衡時(shí)間縮短，所以是升溫引起的壓強(qiáng)增大；
故答案為：加入催化劑，升高溫度；
②解：設(shè)PCl₃與Cl₂反應(yīng)達(dá)平衡后生成PCl₅物質(zhì)的量為x mol．
              PCl₃（g）+Cl₂（g）?PCl₅（g）
初始/mol       0.1          0.1               0
平衡/mol       0.1-x        0.1-x             x      
初始時(shí)容器中氣體總物質(zhì)的量為0.2 mol，平衡時(shí)容器內(nèi)氣體總物質(zhì)的量為：
（0.1-x） mol+（0.1-x） mol+x mol=（0.2-x） mol
根據(jù)物質(zhì)的量之比等于壓強(qiáng)之比可知：
$\frac{0.2mol}{（0.2-x）mol}=\frac{160Kp}{120KP}$ 解得 x=0.05 mol   
各物質(zhì)的平衡濃度：c（PCl₅）=c（PCl₃）=c（Cl₂）=$\frac{（0.1-0.06）mol}{5L}$=0.01 mol/L
K=$\frac{c（PC{l}_{5}）}{c（PC{l}_{3}）•c（C{l}_{2}）}$=$\frac{0.01mol/L}{0.01mol/L×0.01mol/L}$=100 mol/L  
Cl₂的轉(zhuǎn)化率α（Cl₂）=$\frac{0.05mol}{0.1mol}$×100%=50%   
答：實(shí)驗(yàn)a中反應(yīng)的平衡常數(shù)為100mol/L，Cl₂的轉(zhuǎn)化率為50%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了圖象分析判斷方法，化學(xué)平衡計(jì)算分析，影響化學(xué)平衡的因素理解應(yīng)用，反應(yīng)速率概念的計(jì)算，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．