题目内容

【题目】近年来,随着聚酯工业的快速发展,将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。传统的Deacon直接氧化法,按下列催化过程进行:4HCl(g)+O2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g)

(1)写出上述反应的平衡常数表达式K=___

(2)生产过程中可使用CuCl2作催化剂,反应原理如下:

CuCl2(s)+O2(g)=CuO(s)+Cl2(g) H1=+63kJmol-1

CuO(s)+2HCl(g)=CuCl2(s)+H2O(g) H2=-121kJmol-1

4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)H=___kJmol-1

(3)生产中反应温度通常控制在420℃左右,原因是___。在一定温度下,进一步提高HCl平衡转化率的方法是___(写出2)

(4)420℃时,将一定量的O2HCl通入4L的恒容密闭容器中,反应过程中氧气的变化量如图所示,则0~20min平均反应速率v(HCl)___molL-1·min-1

【答案】 -116 温度太低,反应速率太慢;温度太高,平衡逆向移动,产率降低 增加反应体系的压强、及时分离出产物 0.04

【解析】

根据生成物浓度幂之积与反应物的浓度幂之积的比值表示化学平衡常数;利用盖斯定律计算焓变;从反应的能量变化和催化剂的角度分析,从化学平衡移动角度分析提高反应物转化率的方法;根据氧气的浓度变化量求出氧气的化学反应速率,根据化学反应速率之比等于化学计量数之比计算出氯化氢的化学反应速率。

(1)根据化学反应方程式4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)可知,化学平衡等于生成物浓度幂之积与反应物的浓度幂之积的比值,即反应的平衡常数表达式K=

(2)根据反应原理:①CuCl2(s)+O2(g)=CuO(s)+Cl2(g)H1=+63kJmol-1

CuO(s)+2HCl(g)=CuCl2(s)+H2O(g)H2=-121kJmol-1

利用盖斯定律:2×(+)得到:4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)的△H=-116kJmol-1

(3)生产中反应温度通常控制在420℃左右,是因为温度太低,反应速率太慢;温度太高,平衡逆向移动,产率降低;

若想提高HCl的转化率,应该促使平衡向着正向移动,该反应为反应前后气体体积减小的反应,根据勒夏特列原理,可以增加反应体系压强,使平衡正向移动;也可以及时除去产物,减小产物浓度,使平衡正向移动;

(4)由图可知,0~20min平均反应速率v(O2)=,根据化学方程式:4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)v(HCl)=4v(O2)=0.04 molL-1·min-1

练习册系列答案
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【题目】大气中NOxSO2等污染物的有效去除和资源的充分利用是当今社会的重要研究课题,目前采用的方法如下:

I.直接转化法:利用高效催化剂将汽车尾气直接转化为无毒物质。

已知:N2(g)O2(g)2NO(g)H1=+180kJ·mol1

(1)利用固体表面催化工艺将NO分解为N2O2而消除污染。

分别表示N2NOO2和固体催化剂,在固体催化剂表面分解NO的过程如图所示。从吸附到解吸的过程中,能量状态最低的是________________________(填字母序号)

(2)利用稀土等催化剂能将汽车尾气中的CONO直接转化成无毒物质N2CO2

①已知:C(s)CO(g)的燃烧热分别为393kJ·mol1283kJ·mol1,写出NO(g)CO(g)催化转化成N2(g)CO2(g)的热化学方程式________________________

②为研究上述反应,某学习小组在密闭容器中充入10molCO10molNO,发生上述①所写反应,实验测得平衡时NO的体积分数随温度、压强的关系如图。

a.某温度下的平衡状态D点,若同时采取缩小容器体积和降低温度,重新达到平衡状态时,可能到达图中AG点中的________________________点。

b.当压强为10MPa、温度为T时的平衡常数Kp________________________(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数;保留3位有效数字)

II.催化还原法:利用还原剂在催化剂的作用下将氮氧化物转为无毒物质N2CO2

(3)用活性炭还原法可以处理汽车尾气中的氮氧化物。

某研究小组在2L的恒容密闭容器中加入一定量的NO和足量的固体活性炭,发生反应:C(s)2NO(g)N2(g)CO2(g)。在不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量如表:

①该反应的正反应为________________________(填“吸热”或“放热”)反应。

350℃时,反应达到平衡后向恒容容器中再充入0.100molNO,再次达到平衡后,N2的体积分数应为________________________

A.0.5B.0.25C.介于0.250.5之间D.无法确定

III.电解法:利用电解的方法将氨氧化物转化为有用物质,从而达到资源的回收利用。

(4)如图所示的电解装置,可将雾霾中的NO2SO2转化为硫酸铵,从而实现废气的回收再利用,回答下列问题:

①阴极的电极反应式为________________________

②上图中A物质是________________________

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