Question

Cl₂合成有機物時會產生副產物HC1。4HCl+O₂2Cl₂+2H₂O，可實現氯的循環利用。
完成下列填空：
（1）該反應平衡常數的表達式K=            ；若反應容器的容積為2L，8min后達到平衡，測得容器內物質由2.5mol減少至2.25mol，則HCl的平均反應速率為      mol/L? min。
（2）若該反應在體積不變的密閉容器中發生，當反應達平衡時，下列敘述正確的是    。
a．v (HCl)="2" v(Cl₂)                       
b．4v_正(HCl)= v_逆(O₂) 
c．又加入1mol O₂，達新平衡時，HCl的轉化率增大
d．分離出H₂O，達新平衡時，v_正(HCl)增大
（3）下圖是該反應兩種投料比[n (HCl):n (O₂)分別為4:1和2:1 ] 下，反應溫度對HCl平衡轉化率影響的曲線。下列敘述正確的是       。

a．該反應的正反應是放熱反應
b．其他條件不變，升高溫度，平衡常數K值增大
c．若平衡常數K值變大，達新平衡前v_逆始終減小
d．若平衡常數K值變大，則平衡向正反應方向移動
（4）投料比為4:1、溫度為400℃時，平衡混合物中Cl₂的物質的量分數是       。

Answer 1

（1） (1分)      0.0625mol/L?min （1分）
（2）a  c（2分）
（3）a  d（2分）
（4）0.3529（0.353、0.35均可）（2分）

解析試題分析：（1）化學平衡常數是在一定條件下，當可逆反應達到平衡狀態時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值，所以根據方程式4HCl+O₂2Cl₂+2H₂O可知，該反應的平衡常數；8min后達到平衡，測得容器內物質由2.5mol減少至2.25mol，則：
4HCl+O₂2Cl₂+2H₂O 物質的量減少△n
4mol                      1mol
n（HCl）           2.5mol－2.25mol＝0.25mol
所以n(HCl)＝0.25mol×4＝1mol
則c(HCl)＝1mol÷2L＝0.5mol/L
故v(HCl)＝0.5mol/L÷8min＝0.0625mol/（L?min）
（2）a．平衡時不同物質表示的速率之比等于化學計量數之比，故v(HCl)＝2v(Cl₂)，因此a正確；b．4v_正(HCl)＝v_逆(O₂)，即4v_正(HCl): v_逆(O₂)＝1:4，不等于化學計量數之比4：1，反應未到達平衡，向逆反應進行，故b錯誤；c．加入1mol O₂，氧氣的濃度增大，平衡向正反應方向移動，HCl的轉化率增大，故c正確； d．分離出H₂O，生成的濃度降低，達新平衡時，v_正(HCl)降低，故d錯誤，答案選ac。
（3）a．由圖可知，投料比一定時，溫度越高HCl的轉化率越低，故該反應正反應是放熱反應，因此a正確；b．升高溫度平衡向逆反應方向移動，平衡常數k降低，故b錯誤；c．平衡常數增大應降低溫度，平衡向正反應方向移動，改變體積瞬間反應速率降低，此后正反應速率降低、逆反應速率增大，故c錯誤；d．平衡常數增大應降低溫度，該反應正反應是放熱反應，平衡向正反應方向移動，故d正確，答案選ad。
（4）增大一種反應物的濃度，平衡向正反應方向移動，其它反應物的轉化率增大，故投料比n(HCl):n(O₂)＝2:1到達平衡時HCl的轉化率更高。由圖象可知，a曲線表示的HCl的轉化率更高，故a表示投料比為2:1，b表示投料比為4:1。由圖可知，投料比為4:1、溫度為40℃時，HCl的轉化率為75%，設n(HCl):＝4mol、n(O₂)＝1mol，則參加反應的HCl為4mol×75%＝3mol，則：
4HCl+O₂2Cl₂+2H₂O 
起始量（mol） 4    1      0   0
變化量（mol） 3  0.75    1.5  1.5
平衡量（mol） 1  0.25    1.5  1.5
所以平衡混合物中Cl₂的物質的量分數是＝0.3529。
考點：考查反應速率、平衡常數的有關計算；外界條件對反應速率和平衡狀態的影響