Question

7．文獻報道：利用氯化氫氧化反應一脫水耦合工藝，可用有機氯化工藝的副產(chǎn)品氯化氫為原料制備氯氣，實現(xiàn)氯的循環(huán)利用，原理為4HCl（g）+O₂（g）?2Cl₂（g）+2H₂O（g）．將HC1和O₂分別以5種物質的量比：①1：1  ②2：1 ③4：1  ④6：1 ⑤8：1，向五個容積可變的容器中投料時，反應溫度對HCl平衡轉化氯影響的曲線如圖．
請回答下列問題：
（1）可以判斷該反應已經(jīng)達到化學平衡的是BD． （填字母）．
A．密閉容器中總壓強不變
B．密閉容器中混合氣體的密度不變
C．v（HCl）=2v（Cl₂）
D．密閉容器中氣氣的體積分數(shù)不變
（2）d曲線對應的投料比是6：1（填比值，從題干中選擇，下同）．有機工業(yè)需要含O₂量低的氧氣和氯化氫混合氣體，可控制n（HCl）：n（O₂）=8：1制備．
（3）該反應的平衡常數(shù)表達式為$\frac{{c}^{2}（C{l}_{2}）{c}^{2}（{H}_{2}O）}{{c}^{4}（HCl）c（{O}_{2}）}$．
（4）若按b曲線對應的投料比進行反應，且溫度為415℃，反應達到平衡時Cl₂的體積分數(shù)為30.8%．
（5）用鹽酸作甲醇燃料電池的電解質正在成為熱點課題．甲醇可以用一氧化碳與氫氣反應生成（催化劑為Cu₂O/ZnO）．
已知：2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566kJ•mol^-1
CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂（g）△H=-182.9kJ•mol^-1
則 CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H=-100.1KJ/mol．
若將生成的CH₃OH與鹽酸、氧氣構成燃料電池，則燃料電池的負極反應式為CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)化學平衡狀態(tài)的特征解答，當反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，解題時要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應的進行發(fā)生變化，當該物理量由變化到定值時，說明可逆反應到達平衡狀態(tài)；
（2）在其他條件不變時，O₂的量越大，HCl的轉化率越大；有機工業(yè)需要含O₂量低的氧氣和氯化氫混合氣體，HCl轉化率最��；
（3）反應的平衡常數(shù)=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$；
（4）由圖可讀出投料比為2：1、溫度為415℃時，HCl的轉化率為80%，設投入的HCl為2 mol，O₂為1 mol，由此可建立三段式：
                      4HCl+O₂=2Cl₂+2H₂O 
n（起始）/mol  2       1     0     0 
n（轉化）/mol   1.6       0.4   0.8     0.8 
n（平恒）/mol   0.4       0.6   0.8     0.8 
計算平衡混合氣中Cl₂的物質的量分數(shù)；
（5）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式；若將生成的CH₃OH與鹽酸、氧氣構成燃料電池，則燃料電池的負極反應為甲醇燃燒失電子生成二氧化碳；

解答 解：（1）4HCl（g）+O₂（g）?2Cl₂（g）+2H₂O（g），反應是氣體體積減小的反應，
A．氣體物質的量發(fā)生變化，當密閉容器中總壓強不變，說明反應達到平衡狀態(tài)，故A正確；
B．氣體質量不變，體積不變，密閉容器中混合氣體的密度始終不變，故B錯誤；
C．反應速率之比等于化學方程式計量數(shù)之比，為正反應速率之比，v（HCl）=2v（Cl₂）不能說明正逆反應速率相同，不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故C錯誤；
D．密閉容器中氣氣的體積分數(shù)不變是平衡標志，故D正確；
故答案為：BD；
（2）在其他條件不變時，O₂的量越大，HCl的轉化率越大，由此可確定a為1：1，b為2：1，c為4：1，d為6：1，e為8：1，有機工業(yè)需要含O₂量低的氧氣和氯化氫混合氣體，可控制n（HCl）：n（O₂）=8：1，
故答案為：6：1；8：1；
（3）4HCl（g）+O₂（g）?2Cl₂（g）+2H₂O（g），反應的平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（C{l}_{2}）{c}^{2}（{H}_{2}O）}{{c}^{4}（HCl）c（{O}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{{c}^{2}（C{l}_{2}）{c}^{2}（{H}_{2}O）}{{c}^{4}（HCl）c（{O}_{2}）}$；
（4）由圖可讀出投料比為2：1、溫度為415℃時，HCl的轉化率為80%，設投入的HCl為2 mol，O₂為1 mol，由此可建立三段式：
                            4HCl+O₂=2Cl₂+2H₂O 
n（起始）/mol      2        1        0       0 
n（轉化）/mol   1.6       0.4    0.8     0.8 
n（平恒）/mol   0.4       0.6    0.8     0.8 
計算平衡混合氣中Cl₂的物質的量分數(shù)=$\frac{0.8mol}{0.4mol+0.6mol+0.8mol+0.8mol}$×100%=30.8%，
故答案為：30.8%；
（5）①2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566kJ•mol^-1
②CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂（g）△H=-182.9kJ•mol^-1
則 依據(jù)蓋斯定律計算（①-②×2）×$\frac{1}{2}$得到熱化學方程式為：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H=-100.1KJ/mol，
若將生成的CH₃OH與鹽酸、氧氣構成燃料電池，則燃料電池的負極反應為甲醇燃燒失電子生成二氧化碳；負極電極反應為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，
故答案為：-100.1KJ/mol；CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺；

點評 本題考查了化學平衡標志判斷、圖象變化分析、轉化率的理解應用、平衡常數(shù)計算、熱化學方程式書寫、原電池原理等知識點，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．