Question

【題目】紅磷P(s)和Cl2(g)發生反應生成PCl3(g)和PCl5(g)。根據已知信息回答下列問題：

(1)已知：P和Cl2分兩步反應生成1mol PCl5的熱化學方程式：

P(s)+3/2Cl2(g)PCl3(g) △H1＝-306kJ/mol

Cl2(g)+PCl3(g)PCl5(g) △H2＝-93kJ/mol

①P和Cl2一步反應生成1molPCl5的△H3＝______________ kJ/mol。

②工業上制備PCl5通常也分兩步進行，通常將P和Cl2反應生成中間產物PCl3，然后降溫，再和Cl2反應生成PCl5,原因是____________________________________________。

③PCl5與足量水充分反應，最終生成兩種酸，其中一種是P的最高價含氧酸，其化學方程

式是________________________________________________________。

(2)反應PCl3(g)+Cl2(g)PCl5(g)在容積為10L的密閉容器中進行。起始時PCl3和Cl2均為0.2mol，反應在不同條件下進行，反應體系總壓強隨時間的變化如圖所示。

溫馨提示：同溫同容下的氣體，壓強之比就等于物質的量之比

①已知實驗b平衡時氣體的總物質的量為0.30mol，計算實驗b反應開始至達到平衡時的反應速率v(PCl5)＝_______________,PCl3的平衡轉化率為__________________。

②圖中3組實驗從反應開始至達到平衡時的反應速率v(PCl5)由小到大的次序為____(填實驗序號)；與實驗a相比，c組改變的實驗條件是升高溫度，判斷依據是_________，若α表示PCl3的平衡轉化率，實驗a和c的平衡轉化率：αa______αc(填“<”或“>”)；b組改變的實驗條件是加入了催化劑，判斷依據是_______________________________。

③用p0表示開始時總壓強，p表示平衡時總壓強，則α(表示PCl3的平衡轉化率)的表達式為____(用p0，p表示)。

Answer 1

【答案】﹣399 kJ/mol 兩步反應均為放熱反應，降低溫度有利于提高產率，防止產物分解 PCl5+4H2O=H3PO4+5HCl v(PCl 5)=2.5×10﹣4molL﹣1min﹣1 50% acb 溫度升高．反應速率加快，但平衡點向逆反應方向移動(或反應容器的容積和起始物質的量未改變，但起始總壓強增大) αa >αc 加入催化劑．反應速率加快，但平衡點沒有改變 2(1﹣P/P0)×100%

【解析】

（1）①根據蓋斯定律，P和Cl2分兩步反應和一步反應生成PCl5的△H應該是相等的，P和Cl2分兩步反應生成1molPCl5的熱化學方程式：P（s）+3/2Cl2（g）═PCl3（g） △H1=-306 kJ/mol；Cl2（g）+PCl3（g）═PCl5（g） △H2=-93 kJ/mol；所以P和Cl2一步反應生成1molPCl5的△H3=-306kJ/mol+（-93kJ/mol）=-399kJ/mol，故答案為：-399kJ/mol。

②P和Cl2反應生成中間產物PCl3以及三氯化磷和氯氣反應生成五氯化磷這兩步反應均為放熱反應，生成三氯化磷后降溫，再和Cl2反應生成PCl5，這樣有利于提高產率，防止產物分解，故答案為：兩步反應均為放熱反應，降溫有利于提高產率，防止產物分解。

③PCl5與足量水充分反應，最終生成兩種酸：磷酸和鹽酸，由原子守恒可知化學方程式為PCl5+4H2O═H3PO4+5HCl，故答案為：PCl5+4H2O═H3PO4+5HCl。

（2）①氣體壓強之比等于氣體物質的量之比，結合化學平衡三段式列式計算，設反應的氯氣物質的量為x。

PCl3（g）+Cl2（g）PCl5（g）

起始量（mol） 0.2 0.2 0

變化量（mol） x x x

平衡量（mol） 0.2-x 0.2-x x

根據圖象分析可知實驗b氣體壓強160變化為120，40min達到平衡狀態，氣體壓強之比等于氣體物質的量之比，0.4：（0.4-x）=160：120，解得x=0.1mol，實驗b從反應開始至達到平衡時的反應速率v（PCl5）=△c/△t==2.5×10-4mol/L·min，PCl3的平衡轉化率為×100%=50%，故答案為：2.5×10-4mol/L·min，50%。

②分析圖象可知達到平衡狀態的時間不同，時間越短反應速率越快，圖中3組實驗從反應開始至達到平衡時的反應速率v（PCl5）由小到大的次序a＜c＜b，與實驗a相比，b和a達到相同平衡狀態，但時間不同，b組改變的實驗條件及判斷依據是加入了催化劑改變了反應速率；c混合氣體壓強增大，達到平衡時間縮短，c的反應速率比a大，但平衡轉化率小于a，因此改變的條件是升高溫度，反應速率大但轉化率降低；ab是相同平衡狀態，PCl3（g）的平衡轉化率相同，反應是放熱反應，c是升溫，平衡逆向進行，轉化率減小，αa、αc分別表示實驗a和c中PCl3（g）的平衡轉化率，比較其相對大小為：αa＞αc，故答案為：acb；溫度升高，反應速率加快，但平衡點向逆反應方向移動(或反應容器的容積和起始物質的量未改變，但起始總壓強增大)；αa >αc；加入催化劑．反應速率加快，但平衡點沒有改變。

③由反應關系可知，反應后體系減小的體積等于生成PCl5的體積，也等于消耗PCl3的體積，，解得：α=2(1﹣P/P0)×100%，故答案為：2(1﹣P/P0)×100%。