Question

2．PCl₃和PCl₅都是重要的化工原料，均可通過磷和氯氣化合得到，反應(yīng)過程和能量關(guān)系如圖1所示（圖中的△H表示生成1mol產(chǎn)物的數(shù)據(jù)）．請(qǐng)回答下列問題：

（1）P和Cl₂反應(yīng)生成PCl₃的熱化學(xué)方程式P（s）$\frac{3}{2}$Cl₂（g）═PCl₃（g）△H=-306kJ•mol^-1．
（2）磷在氯氣中燃燒反應(yīng)中，若參加反應(yīng)的磷與氯氣的物質(zhì)的量之比為1：1.8，充分反應(yīng)后，生成物中PCl₃與PCl₅的物質(zhì)的量之比為7：3．
（3）PCl₃可以被O₂氧化生成一種無色透明的帶刺激性臭味的液體X，相對(duì)分子質(zhì)量為153.5，其中氯元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.694，計(jì)算確定X的化學(xué)式為POCl₃．
（4）反應(yīng)PCl₃（g）+Cl₂（g）?PCl₅（g）在容積為10L的密閉容器中進(jìn)行．起始時(shí)PCl₃和PCl₅均為0.2mol．反應(yīng)在不同條件下進(jìn)行，反應(yīng)體系總壓強(qiáng)隨時(shí)間的變化如圖2所示．
①計(jì)算實(shí)驗(yàn)a從反應(yīng)開始至達(dá)到平衡時(shí)的反應(yīng)速率v（PCl₅）=1.7×10^-4mol/L•min．
②與實(shí)驗(yàn)a相比，其他兩組改變的實(shí)驗(yàn)條件及判斷依據(jù)是：b加入催化劑，反應(yīng)速率加快但不影響化學(xué)平衡、c溫度升高，依據(jù)PV=nRT可知，當(dāng)物質(zhì)的量和體積一定，壓強(qiáng)增大是溫度升高引起．
③實(shí)驗(yàn)a的平衡轉(zhuǎn)化率a為50%、實(shí)驗(yàn)c的平衡常數(shù)K為100．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)反應(yīng)物的總能量、中間產(chǎn)物的總能量以及最終產(chǎn)物的總能量，結(jié)合化學(xué)方程式以及熱化學(xué)方程式的書寫方法解答；
（2）依據(jù)2P+3Cl₂=2PCl₃，2P+5Cl₂=2PCl₅，反應(yīng)的定量關(guān)系可知，n（P）：n（Cl₂）=1：1.5產(chǎn)物為PCl₃，n（P）：n（Cl₂）=1：2.5產(chǎn)物為2PCl₅，磷在氯氣中燃燒反應(yīng)中，若參加反應(yīng)的磷與氯氣的物質(zhì)的量之比為1：1.8，設(shè)P物質(zhì)的量為1mol，氯氣物質(zhì)的量為1.8，生成xmolPCl₃，ymolPCl₅，依據(jù)元素守恒列式計(jì)算；
（3）相對(duì)分子質(zhì)量為153.5，其中氯元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.694，計(jì)算所含氯原子的數(shù)目，結(jié)合磷的化合價(jià)被氧化為最高正價(jià)+5價(jià)分析和氧原子、氯原子結(jié)合形成的化合物的化學(xué)式；
（4）氣體壓強(qiáng)之比等于氣體物質(zhì)的量之比，結(jié)合化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算，設(shè)反應(yīng)的氯氣物質(zhì)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
①圖象分析可知實(shí)驗(yàn)a氣體壓強(qiáng)160變化為120，60min達(dá)到平衡狀態(tài)，
氣體壓強(qiáng)之比等于氣體物質(zhì)的量之比，0.4：（0.4-x）=160：120
x=0.1mol，依據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率概念計(jì)算；
②分析圖象可知達(dá)到平衡狀態(tài)的時(shí)間不同，時(shí)間越短反應(yīng)速率越快；其中b和a達(dá)到相同平衡狀態(tài)，但時(shí)間不同，說明b是加入了催化劑改變了反應(yīng)速率；c混合氣體壓強(qiáng)增大，達(dá)到平衡時(shí)間縮短，所以是升溫引起的壓強(qiáng)增大；
③ab是相同平衡狀態(tài)，PCl₅（g）的平衡轉(zhuǎn)化率相同，轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%，平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$．

解答 解：（1）由圖象可知，1molP與Cl₂反應(yīng)生成1molPCl₃放出306kJ的能量，
則反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為P（s）+$\frac{3}{2}$Cl₂（g）═PCl₃（g）△H=-306kJ•mol^-1，
故答案為：P（s）$\frac{3}{2}$Cl₂（g）═PCl₃（g）△H=-306kJ•mol^-1；
（2）依據(jù)2P+3Cl₂=2PCl₃，2P+5Cl₂=2PCl₅，反應(yīng)的定量關(guān)系可知，n（P）：n（Cl₂）=1：1.5產(chǎn)物為PCl₃，n（P）：n（Cl₂）=1：2.5產(chǎn)物為2PCl₅，磷在氯氣中燃燒反應(yīng)中，若參加反應(yīng)的磷與氯氣的物質(zhì)的量之比為1：1.8，設(shè)P物質(zhì)的量為1mol，氯氣物質(zhì)的量為1.8，生成xmolPCl₃，ymolPCl₅，依據(jù)元素守恒列式計(jì)算；
x+y=1
3x+5y=1.8×2
x=0.7mol
y=0.3mol
生成物中PCl₃與PCl₅的物質(zhì)的量之比=0.7：0.3=7：3，
故答案為：7：3；
（3）PCl₃可以被O₂氧化生成一種無色透明的帶刺激性臭味的液體X，相對(duì)分子質(zhì)量為153.5，其中氯元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.694，設(shè)含氯原子為x，則$\frac{35.5x}{153.5}$=0.694
x=3，PCl₃可以被O₂氧化，磷元素化合價(jià)升高為+5價(jià)，依據(jù)原子結(jié)合形成的化學(xué)鍵分析，除結(jié)合三個(gè)氯原子外，只能結(jié)合一個(gè)氧原子，依據(jù)元素化合價(jià)代數(shù)和為0寫出化學(xué)式POCl₃，符合相對(duì)分子質(zhì)量，
故答案為：POCl₃；
（4）氣體壓強(qiáng)之比等于氣體物質(zhì)的量之比，結(jié)合化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算，設(shè)反應(yīng)的氯氣物質(zhì)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
①圖象分析可知實(shí)驗(yàn)a氣體壓強(qiáng)160變化為120，60min達(dá)到平衡狀態(tài)，
氣體壓強(qiáng)之比等于氣體物質(zhì)的量之比，0.4：（0.4-x）=160：120
x=0.1mol
實(shí)驗(yàn)a從反應(yīng)開始至達(dá)到平衡時(shí)的反應(yīng)速率 v（PCl₅）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{0.1mol}{10L}}{60min}$=1.7×10^-4mol/L•min，
故答案為：1.7×10^-4mol/L•min；
②分析圖象可知達(dá)到平衡狀態(tài)的時(shí)間不同，時(shí)間越短反應(yīng)速率越快，圖中3組實(shí)驗(yàn)從反應(yīng)開始至達(dá)到平衡時(shí)的反應(yīng)速率v（PCl₃）由大到小的次序b＞c＞a，與實(shí)驗(yàn)a相比，b和a達(dá)到相同平衡狀態(tài)，但時(shí)間不同，b組改變的實(shí)驗(yàn)條件及判斷依據(jù)是加入了催化劑改變了反應(yīng)速率；c混合氣體壓強(qiáng)增大，達(dá)到平衡時(shí)間縮短，所以是升溫引起的壓強(qiáng)增大；
故答案為：加入催化劑，反應(yīng)速率加快但不影響化學(xué)平衡，溫度升高，依據(jù)PV=nRT可知，當(dāng)物質(zhì)的量和體積一定，壓強(qiáng)增大是溫度升高引起；
③ab是相同平衡狀態(tài)，PCl₅（g）的平衡轉(zhuǎn)化率相同，
              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
圖象分析可知實(shí)驗(yàn)a氣體壓強(qiáng)160變化為120，60min達(dá)到平衡狀態(tài)，
氣體壓強(qiáng)之比等于氣體物質(zhì)的量之比，0.4：（0.4-x）=160：120
x=0.1mol
實(shí)驗(yàn)a的平衡轉(zhuǎn)化率a=$\frac{0.1mol}{0.2mol}$×100%=50%，
平衡濃度c（ PCl₃）=0.01mol/L，c（Cl₂）=0.01mol/L，c（PCl₅）=0.01mol/L
平衡常數(shù)K=$\frac{0.01}{0.01×0.01}$=100，
故答案為：50%，100．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了圖象分析判斷方法，化學(xué)平衡計(jì)算分析，影響化學(xué)平衡的因素理解應(yīng)用，反應(yīng)速率概念的計(jì)算，反應(yīng)產(chǎn)物的化學(xué)式計(jì)算分析，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．