Question

【題目】以氯化氫為原料通過直接氧化法可以制取氯氣，反應(yīng)方程式為：4HCl(g)＋O2(g) 2Cl2(g)＋2H2O(g) 。

(1)該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

①總反應(yīng)4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g)的ΔH＝____kJ·mol-1。

②有利于提高總反應(yīng)平衡產(chǎn)率的條件有______。

A．低溫 B．高溫 C．低壓 D．高壓 E．催化劑

(2)恒溫恒壓下，可以說明總反應(yīng)4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g)達到平衡的是_________。

A．壓強不變

B．氯氣的體積分數(shù)保持不變

C．每生成2個H—O的同時，有4個H—Cl生成

D．反應(yīng)速率v正(O2)∶v逆(H2O)＝1∶2

E．各組分的物質(zhì)的量濃度都相等

(3)密閉容器中充入HCl和O2進行反應(yīng)，c(HCl)隨時間t的變化曲線如圖1，保持其他條件不變，t2時升溫，t3時重新達平衡，畫出t2—t4時c(Cl2)隨時間t的變化曲線____。

(4)在剛性容器中，進料濃度比c(HCl) ∶c(O2)分別等于1∶1、4∶1、7∶1時，HCl平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的關(guān)系如圖2：

①其中曲線①代表的c(HCl) ∶c(O2)是__________，原因__________。

②設(shè)HCl初始濃度為c0，根據(jù)進料濃度比c(HCl)∶c(O2)=4∶1的數(shù)據(jù)計算K(400℃)＝__________(列出計算式，不必算出結(jié)果)。

Answer 1

【答案】-116 AD BD 1∶1 溫度不變，增大氧氣濃度，HCl的平衡轉(zhuǎn)化率增大

【解析】

(1)①根據(jù)蓋斯定律分析計算；②根據(jù)反應(yīng)的焓變和氣體分子數(shù)變化結(jié)合化學平衡移動的原理選擇適合的反應(yīng)條件；

(2) 根據(jù)化學平衡的特征分析判斷；

(3)根據(jù)圖1可知，起始時c(HCl)=0.4mol/L，平衡時，c(HCl)=0.1mol/L，則平衡時c(Cl2)= 0.15mol/L，保持其他條件不變，t2時升溫，平衡逆向移動，達到新平衡時c(Cl2)減小，據(jù)此畫出t2—t4時c(Cl2)隨時間t的變化曲線；

(4)①根據(jù)圖知，溫度一定時進料濃度比c(HCl)∶c(O2)越小，HCl的轉(zhuǎn)化率越大，據(jù)此分析判斷進料濃度比c(HCl)∶c(O2)=1∶1時HCl的轉(zhuǎn)化率曲線；②400℃時，進料濃度比c(HCl)∶c(O2)=4∶1的HCl轉(zhuǎn)化率為76%，根據(jù)三段式計算解答。

(1)①i．CuCl2(s) CuCl(s)+ Cl2(g) △H1=83kJmol-1，ii．CuCl(s)+ O2(g) CuO(s)+ Cl2(g) △H2=－20kJmol-1，iii．CuO(s)+2HCl(g)=CuCl2(s)+H2O(g) △H3=－121kJmol-1，根據(jù)蓋斯定律，(i+ii+iii)×2可得：4HCl(g)+O2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g) △H=[(83kJmol-1)+( －20kJmol-1)+( －121kJmol-1)]×2=－116kJmol-1，故答案為：－116；

②總反應(yīng)為4HCl(g)+O2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g) △H=－116kJmol-1，由勒夏特列原理可知，為了提高平衡產(chǎn)率，即平衡需要正向移動，低溫和高壓符合條件，故答案為：AD；

(2) A．恒溫恒壓下，壓強始終不變，不能判斷是平衡狀態(tài)，故A錯誤；B．氯氣的體積分數(shù)保持不變，說明反應(yīng)達到了平衡狀態(tài)，故B正確；C．根據(jù)方程式4HCl(g)＋O2(g) 2Cl2(g)＋2H2O(g)，生成2個H—O，即生成1個水分子，4個H—Cl生成，即生成4個HCl分子，因此每生成2個H—O的同時，有4個H—Cl生成，說明正、逆反應(yīng)速率不相等，不是平衡狀態(tài)，故C錯誤；D．反應(yīng)速率v正(O2)∶v逆(H2O)＝1∶2，表示正逆反應(yīng)速率相等，是平衡狀態(tài)，故D正確；E．各組分的物質(zhì)的量濃度都相等，不能說明各組分的物質(zhì)的量濃度是否不變，不能判斷是平衡狀態(tài)，故E錯誤；故答案為：BD；

(3)根據(jù) 4HCl(g)＋O2(g) 2Cl2(g)＋2H2O(g) △H=－116kJmol-1，結(jié)合圖1可知，起始時c(HCl)=0.4mol/L，平衡時，c(HCl)=0.1mol/L，則平衡時c(Cl2)= 0.15mol/L，保持其他條件不變，t2時升溫，平衡逆向移動，達到新平衡時c(Cl2)減小，t2—t4時c(Cl2)隨時間t的變化曲線大致為，故答案為：；

(4)①根據(jù)圖象，溫度一定時，進料濃度比c(HCl)∶c(O2)越小，即增大氧氣濃度，HCl的轉(zhuǎn)化率增大，所以進料濃度比c(HCl)∶c(O2)=1∶1時，HCl的轉(zhuǎn)化率在1∶1、4∶1、7∶1中最大，為最上邊曲線①，曲線③代表的c(HCl) ∶c(O2)是7∶1，故答案為：1∶1；溫度不變，增大氧氣濃度，HCl的平衡轉(zhuǎn)化率增大；

②400℃時，進料濃度比c(HCl)∶c(O2)=4∶1的HCl轉(zhuǎn)化率為76%，

化學平衡常數(shù)K==，故答案為：。