Question

17．氯氣用途廣泛，但在使用時，一般會產(chǎn)生氯化氫．工業(yè)上可用O₂將HCl轉(zhuǎn)化為Cl₂，以提高效益，減少污染．反應(yīng)為：O₂+4HCl$?_{250～400℃}^{催化劑}$2Cl₂+2H₂O

完成下列填空：
（1）該反應(yīng)化學(xué)平衡常數(shù)K的表達式為$\frac{c{\;}^{2}（Cl{\;}_{2}）×c{\;}^{2}（H{\;}_{2}O）}{c{\;}^{4}（HCl）×c（O{\;}_{2}）}$；實驗測得P₀壓強下，HCl平衡轉(zhuǎn)化率α（HCl）隨反應(yīng)溫度T的變化如圖1所示，則正反應(yīng)是放熱反應(yīng)（填“吸熱”或者“放熱”）．
（2）上述實驗中若壓縮體積使壓強由P₀增大至P₁，在圖中畫出P₁壓強下HCl平衡轉(zhuǎn)化率α（HCl）隨反應(yīng)溫度T變化的曲線，并簡要說明理由：，增大壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動，α_HCl增大，相同溫度下HCl的平衡轉(zhuǎn)化率比之前實驗的大．
（3）該反應(yīng)在P₀、320°C條件下進行，達平衡狀態(tài)A時，測得容器內(nèi)n（Cl₂）=7.2×10^-3mol，則此時容器中的n（HCl）=2.54×10^-3mol．
（4）對該反應(yīng)達到平衡后，以下分析正確的是ad（選填編號）．
a．增加n（HCl），對正反應(yīng)的反應(yīng)速率影響更大
b．體積不變加入稀有氣體，對正反應(yīng)的反應(yīng)速率影響更大
c．壓強不變加入稀有氣體，對逆反應(yīng)的反應(yīng)速率影響更大
d．如果平衡常數(shù)K值增大，對逆反應(yīng)的速率影響更大
（5）氯元素能形成多種離子．在水溶液中1molCl^-、1mol ClO_x^-（x=1，2，3，4）能量的相對大小如圖2所示，寫出B→A+C反應(yīng)的熱化學(xué)方程式（用離子符號表示）3ClO^-（aq）=ClO₃^-（aq）+2Cl^-（aq）△H=-117kJ/mol；若有1.5molB發(fā)生反應(yīng)，轉(zhuǎn)移電子2mol．

Answer 1

分析 （1）化學(xué)平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應(yīng)達到平衡時各生成物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積所得的比值；升高溫度平衡向吸熱的方向移動，據(jù)此判斷；
（2）正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動，相同溫度下HCl的平衡轉(zhuǎn)化率比之前實驗的大；
（3）設(shè)反應(yīng)中氯化氫的起始的物質(zhì)的量為amol，反應(yīng)在P₀、320°C條件下進行，達平衡狀態(tài)A時，氯化氫的轉(zhuǎn)化率為85%，即有85%amol的氯化氫反應(yīng)生成氯氣的物質(zhì)的量為$\frac{1}{2}$×85%amol=7.2×10^-3mol，所以a=1.69×10^-2mol，據(jù)此計算；
（4）a．增加n（HCl），平衡正向移動；
b．體積不變加入稀有氣體，各物質(zhì)的濃度不變，所以平衡不移動；
c．壓強不變加入稀有氣體，則體積變大，相當于對原平衡體系減壓，則平衡向逆反應(yīng)方向移動，據(jù)此判斷；
d．如果平衡常數(shù)K值增大，即平衡向正反應(yīng)方向移動，即正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)的速率，由于該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以要降低溫度，據(jù)此判斷；
（5）B自身發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成A和D，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒得該反應(yīng)方程式為3ClO^-=ClO₃^-+2Cl^-，反應(yīng)熱=（62kJ/mol+2×0kJ/mol）-3×60kJ/mol=-116kJ/mol，根據(jù)反應(yīng)中氯元素的化合價的變化判斷轉(zhuǎn)移電子數(shù)．

解答 解：（1）O₂+4HCl$?_{250～400℃}^{催化劑}$2Cl₂+2H₂O的平衡常數(shù)k=$\frac{c{\;}^{2}（Cl{\;}_{2}）×c{\;}^{2}（H{\;}_{2}O）}{c{\;}^{4}（HCl）×c（O{\;}_{2}）}$；升高溫度平衡向吸熱的方向移動，根據(jù)圖知，溫度升高，氯化氫的轉(zhuǎn)化下降，即平衡逆向移動，所以該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
故答案為：$\frac{c{\;}^{2}（Cl{\;}_{2}）×c{\;}^{2}（H{\;}_{2}O）}{c{\;}^{4}（HCl）×c（O{\;}_{2}）}$；放熱；
（2）正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動，相同溫度下HCl的平衡轉(zhuǎn)化率比之前實驗的大，故壓縮體積使壓強增大，畫相應(yīng)α_HCl～T曲線的示意圖為，
故答案為：，增大壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動，α_HCl增大，相同溫度下HCl的平衡轉(zhuǎn)化率比之前實驗的大；
（3）設(shè)反應(yīng)中氯化氫的起始的物質(zhì)的量為amol，反應(yīng)在P₀、320°C條件下進行，達平衡狀態(tài)A時，氯化氫的轉(zhuǎn)化率為85%，即有85%amol的氯化氫反應(yīng)生成氯氣的物質(zhì)的量為$\frac{1}{2}$×85%amol=7.2×10^-3mol，所以a=1.69×10^-2，所以平衡時容器中的n（HCl）=15%amol=2.54×10^-3mol，
故答案為：2.54×10^-3；
（4）a．增加n（HCl），平衡正向移動，即對正反應(yīng)的反應(yīng)速率影響更大，故a正確；
b．體積不變加入稀有氣體，各物質(zhì)的濃度不變，所以平衡不移動，正逆反應(yīng)速率 不變，故b錯誤；
c．壓強不變加入稀有氣體，則體積變大，相當于對原平衡體系減壓，則平衡向逆反應(yīng)方向移動，所以正反應(yīng)的反應(yīng)速率下降得更多，故c錯誤；
d．如果平衡常數(shù)K值增大，即平衡向正反應(yīng)方向移動，即正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)的速率，由于該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以要降低溫度，所以逆反應(yīng)速率下降得要比正反應(yīng)速率多，故d正確；
故選ad；
（5）B→A+C，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒得該反應(yīng)方程式為3ClO^-=ClO₃^-+2Cl^-，反應(yīng)熱=（63kJ/mol+2×0kJ/mol）-3×60kJ/mol=-117kJ/mol，所以該熱化學(xué)反應(yīng)方程式為3ClO^-（aq）=ClO₃^-（aq）+2Cl^-（aq）△H=-117kJ/mol，根據(jù)方程式可知，每當有3mol的ClO^-反應(yīng)，可轉(zhuǎn)移電子4mol，所以若有1.5molClO^-發(fā)生反應(yīng)，轉(zhuǎn)移電子為2mol
故答案為：3ClO^-（aq）=ClO₃^-（aq）+2Cl^-（aq）△H=-117kJ/mol；2．

點評 本題以氯元素為載體綜合考查元素化合物知識、反應(yīng)熱的計算、氧化還原反應(yīng)、化學(xué)平衡等知識點，綜合性較強，側(cè)重考查學(xué)生知識運用及圖象分析能力，難點是（5）題反應(yīng)熱的計算，題目難度中等．