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

②有利于提高總反應平衡產率的條件有______。

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．反應速率v正(O2)∶v逆(H2O)＝1∶2

E．各組分的物質的量濃度都相等

(3)密閉容器中充入HCl和O2進行反應，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平衡轉化率隨溫度變化的關系如圖2：

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

②設HCl初始濃度為c0，根據進料濃度比c(HCl)∶c(O2)=4∶1的數據計算K(400℃)＝__________(列出計算式，不必算出結果)。

Answer 1

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

【解析】

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

(2) 根據化學平衡的特征分析判斷；

(3)根據圖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，據此畫出t2—t4時c(Cl2)隨時間t的變化曲線；

(4)①根據圖知，溫度一定時進料濃度比c(HCl)∶c(O2)越小，HCl的轉化率越大，據此分析判斷進料濃度比c(HCl)∶c(O2)=1∶1時HCl的轉化率曲線；②400℃時，進料濃度比c(HCl)∶c(O2)=4∶1的HCl轉化率為76%，根據三段式計算解答。

(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，故A錯誤；B．氯氣的體積分數保持不變，說明反應達到了平衡狀態，故B正確；C．根據方程式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、逆反應速率不相等，不是平衡狀態，故C錯誤；D．反應速率v正(O2)∶v逆(H2O)＝1∶2，表示正逆反應速率相等，是平衡狀態，故D正確；E．各組分的物質的量濃度都相等，不能說明各組分的物質的量濃度是否不變，不能判斷是平衡狀態，故E錯誤；故答案為：BD；

(3)根據 4HCl(g)＋O2(g) 2Cl2(g)＋2H2O(g) △H=－116kJmol-1，結合圖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的轉化率增大，所以進料濃度比c(HCl)∶c(O2)=1∶1時，HCl的轉化率在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的平衡轉化率增大；

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

化學平衡常數K==，故答案為：。