题目内容
【题目】
近年来,随着聚酯工业的快速发展,氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此,将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题:
(1)Deacon发明的直接氧化法为:4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2O(g)。下图为刚性容器中,进料浓度比c(HCl) ∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系:
可知反应平衡常数K(300℃)____________K(400℃)(填“大于”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0,根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)=1∶1的数据计算K(400℃)=____________(列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率,同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别是____________。
(2)Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行:
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
则4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2O(g)的ΔH=_________ kJ·mol-1。
(3)在一定温度的条件下,进一步提高HCI的转化率的方法是______________。(写出2种)
(4)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上,科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案,主要包括电化学过程和化学过程,如下图所示:
负极区发生的反应有____________________(写反应方程式)。电路中转移1 mol电子,需消耗氧气__________L(标准状况)
【答案】大于 O2和Cl2分离能耗较高、HCl转化率较低 ﹣116 增加反应体系压强、及时除去产物 Fe3++e=Fe2+,4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O 5.6
【解析】
(1)根据反应方程式知,HCl平衡转化率越大,平衡常数K越大,结合图像知升高温度平衡转化率降低,说明升高温度平衡向逆反应方向进行,则K(300℃)>K(400℃);
由图像知,400℃时,HCl平衡转化率为84%,用三段式法对数据进行处理得:
起始(浓度) c0 c0 0 0
变化(浓度) 0.84c0 0.21c0 0.42c0 0.42c0
平衡(浓度)(1-0.84)c0 (1-0.21)c0 0.42c0 0.42c0
则K=;根据题干信息知,进料浓度比过低,氧气大量剩余,导致分离产物氯气和氧气的能耗较高;进料浓度比过高,HCl不能充分反应,导致HCl转化率较低;
(2)根据盖斯定律知,(反应I+反应II+反应III)×2得 H=(H1+H2+H3)×2=-116kJ·mol-1;
(3)若想提高HCl的转化率,应该促使平衡正向移动,该反应为气体体积减小的反应,根据勒夏特列原理,可以增大压强,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)电解过程中,负极区即阴极上发生的是得电子反应,元素化合价降低,属于还原反应,则图中左侧为负极反应,根据图示信息知电极反应为:Fe3++e-=Fe2+和4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O;电路中转移1 mol电子,根据电子得失守恒可知需消耗氧气的物质的量是1mol÷4=0.25mol,在标准状况下的体积为0.25mol×22.4L/mol=5.6L。

【题目】已知:Fe2+遇铁氰化钾(K3[Fe(CN)6])会产生特征的蓝色沉淀;AgI是难溶于水的黄色固体。将0.2mol·L-1的KI溶液和0.05mol·L-1Fe2(SO4)3溶液等体积混合后,取混合液分别完成上述实验,能说明溶液中存在化学平衡“2Fe3++2I-2Fe2++I2”的是( )
编号 | 实验操作 | 实验现象 |
① | 滴入KSCN溶液 | 溶液变红色 |
② | 滴入AgNO3溶液 | 生成黄色沉淀 |
③ | 滴入K3[Fe(CN)6]溶液 | 生成蓝色沉淀 |
④ | 滴入淀粉溶液 | 溶液变蓝色 |
A.①B.②和④C.③和④D.③