Question

17．氯及其化合物在生活和生产中应用广泛．
（1）已知：900 Κ时，4HCl（g）+O₂?2Cl₂（g）+2H₂O（g），反应自发．
①该反应是放热还是吸热，判断并说明理由放热，△S＜0，反应自发满足△H-T△S＜0．
②900K时，体积比为4：1的HCl和O₂在恒温恒容的密闭容器中发生反应，HCl的平衡转化率α（HCl）随压强（P）变化曲线如图．保持其他条件不变，升温到T K（假定反应历程不变），请画出压强在1.5×10⁵～4.5×10⁵Pa范围内，HCl的平衡转化率α（HCl）随压强（P）变化曲线示意图．
（2）已知：
Cl₂（g）+2NaOH（aq）=NaCl（aq）+NaClO（aq）+H₂O（l）△H_l=-102kJ•mol^-1
3Cl₂（g）+6NaOH（aq）=5NaCl（aq）+NaClO₃（aq）+3H₂O（1）△H₂=-422kJ•mol^-1
①写出在溶液中NaClO分解生成NaClO₃的热化学方程式：3NaClO（aq）=2NaCl（aq）+NaClO₃（aq）△H=-116KJ/mol．
②用过量的冷NaOH溶液吸收氯气，制得NaClO溶液（不含NaClO₃），此时ClO^-的浓度为c₀ mol•L^-1；加热时NaClO转化为NaClO₃，测得t时刻溶液中ClO^-浓度为c₁ mol•L^-1，写出该时刻溶液中Cl^-浓度的表达式：
c（Cl^-）=$\frac{5{c}_{0}-2{c}_{1}}{3}$mol•L^-1（用c₀、c₁表示）
③有研究表明，生成NaClO₃的反应分两步进行：
I     2ClO^-=ClO₂^-+Cl^-
II    ClO₂^-+ClO^-=ClO₃^-+Cl^-
常温下，反应II能快速进行，但氯气与NaOH溶液反应很难得到NaClO₃，试用碰撞理论解释其原因：反应Ⅰ的活化能高，活化分子百分数低，不利于ClO^-向ClO₃^-转化．
（3）电解NaClO₃水溶液可制备NaClO₄．在电解过程中由于阴极上吸附氢气，会使电解电压升高，电解效率下降．为抑制氢气的产生，可选择合适的物质（不引入杂质），写出该电解的总化学方程式2NaClO₃+O₂ $\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaClO₄．

Answer 1

分析 （1）①反应自发进行的判断依据是△H-T△S＜0；
②900K时，体积比为4：1的HCl和O₂在恒温恒容的密闭容器中发生反应，HCl的平衡转化率α（HCl）随压强（P）变化曲线如图．保持其他条件不变，升温到T K，平衡逆向进行，HCl转化率减小，随压强增大平衡正向进行，HCl转化率增大，据此画出；
（2）①Ⅰ．Cl₂（g）+2NaOH（aq）=NaCl（aq）+NaClO（aq）+H₂O（l）△H_l=-102kJ•mol^-1
Ⅱ.3Cl₂（g）+6NaOH（aq）=5NaCl（aq）+NaClO₃（aq）+3H₂O（1）△H₂=-422kJ•mol^-1
盖斯定律计算Ⅱ-Ⅰ×3得到NaClO分解生成NaClO₃的热化学方程式；
②氯气和氢氧化钠生成氯离子，次氯酸钠分解生成氯离子，溶液中氯离子为二者总和；
③常温下，反应II能快速进行，但氯气与NaOH溶液反应很难得到NaClO₃，说明反应进行决定于反应Ⅰ，反应Ⅰ活化能大难于进行；
（3）电解NaClO₃水溶液可制备NaClO₄．在电解过程中由于阴极上吸附氢气，会使电解电压升高，电解效率下降．为抑制氢气的产生，可选择合适的物质氧气和氢气反应生成水；

解答 解：（1）①900 Κ时，4HCl（g）+O₂?2Cl₂（g）+2H₂O（g），△S＜0，反应自发满足△H-T△S＜0，△H＜0，故答案为：放热，△S＜0，反应自发满足△H-T△S＜0；
②900K时，体积比为4：1的HCl和O₂在恒温恒容的密闭容器中发生反应，HCl的平衡转化率α（HCl）随压强（P）变化曲线如图．保持其他条件不变，升温到T K，平衡逆向进行，HCl转化率减小，随压强增大平衡正向进行，HCl转化率增大，据此画出图象为：，
故答案为：；
（2）①Ⅰ．Cl₂（g）+2NaOH（aq）=NaCl（aq）+NaClO（aq）+H₂O（l）△H_l=-102kJ•mol^-1
Ⅱ.3Cl₂（g）+6NaOH（aq）=5NaCl（aq）+NaClO₃（aq）+3H₂O（1）△H₂=-422kJ•mol^-1
盖斯定律计算Ⅱ-Ⅰ×3得到NaClO分解生成NaClO₃的热化学方程式：
3NaClO（aq）=2NaCl（aq）+NaClO₃（aq）△H=-116KJ/mol，
故答案为：3NaClO（aq）=2NaCl（aq）+NaClO₃（aq）△H=-116KJ/mol；
②用过量的冷NaOH溶液吸收氯气，制得NaClO溶液（不含NaClO₃），此时ClO^-的浓度为c₀ mol•L^-1，则Cl₂（g）+2NaOH（aq）=NaCl（aq）+NaClO（aq）+H₂O（l）反应中生成氯离子浓度为c₀ mol•L^-1，加热时NaClO转化为NaClO₃，测得t时刻溶液中ClO^-浓度为c₁ mol•L^-1，反应的次氯酸钠浓度=c₀ mol•L^-1-c₁ mol•L^-1
                  3NaClO（aq）=2NaCl（aq）+NaClO₃（aq）
                        3                         2                    1
c₀ mol•L^-1-c₁ mol•L^-1 $\frac{2}{3}$×（c₀ mol•L^-1-c₁ mol•L^-1）

该时刻溶液中Cl^-浓度的表达式：c₀ mol•L^-1+$\frac{2}{3}$×（c₀ mol•L^-1-c₁ mol•L^-1 ）=$\frac{5{c}_{0}-2{c}_{1}}{3}$，
故答案为：$\frac{5{c}_{0}-2{c}_{1}}{3}$；
③③常温下，反应II能快速进行，但氯气与NaOH溶液反应很难得到NaClO₃，说明反应进行决定于反应Ⅰ，反应Ⅰ的活化能高，活化分子百分数低，不利于ClO^-向ClO₃^-转化，
故答案为：反应Ⅰ的活化能高，活化分子百分数低，不利于ClO^-向ClO₃^-转化；
（3）电解NaClO₃水溶液可制备NaClO₄．在电解过程中由于阴极上吸附氢气，会使电解电压升高，电解效率下降．为抑制氢气的产生，可选择合适的物质氧气和氢气反应生成水，该电解池中电解的化学方程式为：2NaClO₃+O₂$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaClO₄，
故答案为：2NaClO₃+O₂$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaClO₄；

点评 本题考查了反应自发进行的判断依据、热化学方程式书写、反应过程中微粒浓度计算、电解化学方程式书写等，注意知识积累和题干信息的分析，掌握基础是解题关键，题目难度中等．