Question

【题目】近年来将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。

（1）迪肯发明的直接氧化法为：4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2O(g)。下图为密闭容器中， 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：

①据图像可知反应平衡常数 K（300℃）______K（400℃），（填“>”或“<”）。判 断理由是：________________________________________________；

②若进料浓度比 c(HCl) ∶c(O2)等于 1∶1，400℃时，O2 的转化率是______。

（2）Deacon 直接氧化法可按下列催化过程进行：CuCl(s)+1/2O2(g)=CuO(s)+1/2Cl2(g) ΔH1=-20 kJ·mol-1，CuO(s)+2HCl(g)=CuCl2(s)+H2O(g) ΔH2=-121 kJ·mol-1，4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH3

若是利用ΔH1和ΔH2计算ΔH3时，还需要利用__________反应的ΔH。

（3）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：

阴极区发生的反应有Fe3+ + e- = Fe2+和___________________（写反应方程式）。

电路中转移1 mol电子，可生成氯气__________L（标准状况）。

Answer 1

【答案】> 图像表明，进料浓度比相同时温度升高HCl的平衡转化率降低，说明平衡逆向移动，生成物浓度降低，反应物浓度升高，K值越小。 21% CuCl2(s)=CuCl(s)+Cl2(g) 或CuCl(s)+Cl2(g) = CuCl2(s) 4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O 11.2

【解析】

（1）①根据图知，进料浓度比c(HCl):c(O2)一定时，升高温度，HCl的转化率降低，说明平衡逆向移动，升高温度平衡向吸热方向移动，则正反应为放热反应，温度越高，化学平衡常数越小。

②温度一定时，进料浓度比c(HCl):c(O2)越大，HCl的转化率越小，400℃进料浓度比c(HCl):c(O2)=1:1时，HCl的转化率为a曲线，HCl转化率为84%，根据三段式：

4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)

开始(mol/L) c0c000

反应(mol/L) 0.84c00.21c00.42c00.42c0

平衡(mol/L) 0.16c00.79c00.42c00.42c0

计算氧气的转化率。

（2）①CuCl(s)+1/2O2(g)=CuO(s)+1/2Cl2(g) ΔH1=-20 kJ·mol-1；

②CuO(s)+2HCl(g)=CuCl2(s)+H2O(g) ΔH2=-121 kJ·mol-1；

③4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH3

若是利用ΔH1和ΔH2计算ΔH3时，由盖斯定律，③-②-①得：需要利用CuCl2(s)=CuCl(s)+Cl2(g)或CuCl(s)+Cl2(g) = CuCl2(s)的ΔH。

（3）由图可知，H+向左侧移动，则左侧为电解池的阴极，阴极上发生还原反应，根据图示信息可知，其阴极电极反应式为：Fe3++e-=Fe2+和4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O，右侧为阳极，阳极电极反应式为：2HCl-2e-=Cl2↑+2H+。

（1）①根据图知，进料浓度比c(HCl):c(O2)一定时，升高温度，HCl的转化率降低，说明平衡逆向移动，升高温度平衡向吸热方向移动，则正反应为放热反应，温度越高，化学平衡常数越小，所以K(300℃)>K(400℃)，故答案为：>；图像表明，进料浓度比相同时温度升高HCl的平衡转化率降低，说明平衡逆向移动，生成物浓度降低，反应物浓度升高，K值越小。

②温度一定时，进料浓度比c(HCl):c(O2)越大，HCl的转化率越小，400℃进料浓度比c(HCl):c(O2)=1:1时，HCl的转化率为a曲线，HCl转化率为84%，根据三段式：

4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)

开始(mol/L) c0c000

反应(mol/L) 0.84c00.21c00.42c00.42c0

平衡(mol/L) 0.16c00.79c00.42c00.42c0

则氧气的转化率为：，故答案为：。

（2）①CuCl(s)+1/2O2(g)=CuO(s)+1/2Cl2(g) ΔH1=-20 kJ·mol-1；

②CuO(s)+2HCl(g)=CuCl2(s)+H2O(g) ΔH2=-121 kJ·mol-1；

③4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH3

若是利用ΔH1和ΔH2计算ΔH3时，由盖斯定律，③-②-①得：需要利用CuCl2(s)=CuCl(s)+Cl2(g) 或CuCl(s)+Cl2(g) = CuCl2(s)的ΔH，故答案为：CuCl2(s)=CuCl(s)+Cl2(g) 或CuCl(s)+Cl2(g) = CuCl2(s)。

（3）由图可知，H+向左侧移动，则左侧为电解池的阴极，阴极上发生还原反应，根据图示信息可知，其阴极电极反应式为：Fe3++e-=Fe2+和4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O，右侧为阳极，阳极电极反应式为：2HCl-2e-=Cl2↑+2H+，电路中转移1mol电子，生成0.5molCl2，其标准状况下的体积为，故答案为：4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O；。