Question

【題目】近年來，隨著聚酯工業的快速發展，氯氣的需求量和氯化氫的產出量也隨之迅速增長。因此，將氯化氫轉化為氯氣的技術成為科學研究的熱點。請回答：

(1)如圖表示在CuO存在下HCl催化氧化的反應過程，則總反應的化學方程為______。

(2)研究HCl催化氧化反應中溫度、和等因素對HCl轉化率的影響，得到如下實驗結果：

①利用Na2S2O3溶液和KI溶液測定反應生成Cl2的物質的量，若消耗V1mLc1mol·L-1的Na2S2O3溶液，則生成Cl2____________mol(已知2S2O+I2=S4O+2I-)。

②表示催化劑的質量與HCl(g)流速之比，是衡量反應氣體與催化劑接觸情況的物理量。當=4、=50g·min·mol-1時，每分鐘流經1g催化劑的氣體體積為_____L(折算為標準狀況下)。

③在420℃、=3、=200g·min·mol-1條件下，α(HCl)為33.3%，則O2的反應速率為_______mol·g-1·min-1。

④比較在下列兩種反應條件下O2的反應速率：vⅠ_______vⅡ(填“＞”“=”或“＜”)。

Ⅰ.410℃、=3、=350g·min·mol-1；

Ⅱ.390℃、=4、=350g·min·mol-1。

(3)在101.325kPa時，以含N2的HCl和O2的混合氣體測定不同溫度下HCl催化氧化反應中HCl的平衡轉化率，得到如圖結果

①360℃時反應的平衡常數K360與400℃時反應的平衡常數K400之間的關系是K360_________K400。(填“＞”“=”或“＜”)。

②一定溫度下隨著的增大，HCl的平衡轉化率_______(填“增大”“減小”或“不變”)，原因為___________________。

Answer 1

【答案】2HCl(g)+O2(g)=H2O(g)+Cl2(g) H=H1+H2+H3 c1V1×10-3 0.56 ＞ ＞ 減小 隨著增大，N2含量增大，HCl(g)、O2(g)、H2O(g)和Cl2(g)的濃度均使反應體系的濃度商Q＞K，平衡逆向移動，α(HCl)減小

【解析】

(1)根據蓋斯定律計算總反應焓變；

(2)根據的單位可知HCl的流速是指單位時間內氣流中HCl的物質的量，所以的倒數即1min流經1g催化劑的HCl的物質的量，據此分析作答；

(3)據圖可知當一定時，溫度越高HCl的轉化率越小，所以正反應為放熱反應；增大，也就是單位時間內通過單位質量的催化劑的HCl和O2的量減少。

(1)根據蓋斯定律，不管化學反應是一步完成還是分幾步完成，其反應熱都是相同的，由圖1可知熱化學方程式為2HCl(g)+O2(g)=H2O(g)+Cl2(g)H=H1+H2+H3；

(2)①根據題中離子方程式2S2O32-+I2=S4O+2lˉ，Cl2氧化Iˉ的離子方程式為Cl2+2Iˉ=2Clˉ+I2，可以得到如下關系式：2S2O32-～I2～Cl2，n(Cl2)=n(S2O32-)=c1V1×10-3mol；

②當=50g·min·mol-1時，每分鐘流經1g催化劑的HCl為mol，=4，所以每分鐘流經1g催化劑的O2為mol，總氣體的物質的量為，體積為=0.56L；

③=200g·min·mol-1時α(HCl)為33.3%，則v(HCl)=×33.3%molg-1min-1，根據化學方程式HCl和O2反應的比例為4：1，v(O2)=v(HCl)=××33.3%molg-1min-1=molg-1min-1；

④根據第③題的計算過程可知，當相同時，HCl的轉化率越大，反應速率越大，據圖可知410℃、=3的情況下HCl的轉化率較大，所以vI＞vⅡ；

(3)①由圖可知，當相同時，溫度越高HCl平衡轉化率越小，說明該反應是放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，K值減小，則K360＞K400；

②一定溫度下隨著增大，通過催化劑的混合氣體中HCl和O2量變小，N2的量變大，相當于反應物和生成物的濃度同時變小相同倍數，根據濃度商Qc=，若各物質濃度變小相同倍數時，會使Qc大于K，此時平衡逆向移動，HCl的平衡轉化率減小。