Question

3．为处理氯甲烷生产企业的副产物CCl₄，以减少其对臭氧层的破坏．化学家研究在催化条件下，通过反应CCl₄+H₂?CHCl₃+HCl△H＜O，使CCl₄转化为重要的化工原料氯仿（CHCl₃）．已知CCl₄的沸点为77℃，CHCl₃的沸点为61.2℃．在密闭容器中，该反应达到平衡后，测得如下数据．

实验序号	温度℃	初始CCl4浓度（mol•L-1）	初始H2浓度（mol•L-1）	CCl4的转化率
1	110	1	1	50%
2	100	1	1	x
3	110	0.8	y	60%

（1）实验1中，10h后反应达到平衡，则从反应开始至达到平衡状态，H₂的平均反应速率为
0.06mol•L^-1•h^-1．在此实验的平衡体系中，再加入0.5mol CCl₄和0.5mol HCl，平衡将怎样移动？向右移动 （填“向左移动”、“向右移动”、“不移动”或“无法确定”）．
（2）实验2中，x为B（填字母）．
A．等于50%        B．大于50%       C．小于50%      D．无法确定
（3）实验3中的y为0.8．
（4）在100℃条件下，能说明反应CCl₄+H₂?CHCl₃+HCl△H＜O达到平衡状态的是D（填字母）．
A．压强不再变化
B．生成HCl的速率和消耗H₂的速率相等
C．混合气体的密度不变
D．H₂的质量不再变化
（5）用电解法处理高浓度重铬酸钠废水具有效果稳定可靠，操作管理
简单，设备占地面积小，废水中的重金属离子也能通过电解有所降
低等优点，其原理是铁作电极，在酸性条件下，将Cr⁶⁺还原为Cr³⁺，
其装置示意图如图所示．
①若以甲醚燃料电池为直流电源（电解质溶液为KOH溶液），则燃料电池中b极应通入甲醚，a极的电极反应为13O₂+52e^-=26O^2-．
②能否用铜作电解重铬酸钠废水的电极？不能（填“能”或“不能”），理由是铜做阳极时铜失电子为铜离子，铜离子不能与+6价铬发生氧化还原反应反应得到+3价铬
③除去重铬酸根离子的离子反应是Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O．

Answer 1

分析 （1）利用图表数据结合化学三行计算，反应速率v=$\frac{△c}{△t}$，计算此时的平衡常数和浓度商比较平淡反应进行的方向；
（2）实验2和实验1相比，起始量相同，升温平衡向吸热反应方向进行，反应是放热反应，则升温平衡逆向进行，反应物转化率减小；
（3）依据（1）计算的平衡常数结合化学平衡三行计算列式计算，
（4）已知CCl₄的沸点为77℃，CHCl₃的沸点为61.2℃．在100℃条件下，是气体，CCl₄+H₂?CHCl₃+HCl△H＜O，反应是气体体积不变的放热反应，当正逆反应速率相同时反应达到平衡状态，各组分含量保持不变，据此分析选项；
（5）①据电解池的阴阳极可知，a为燃料电池的正极，氧气在正极反应，b为负极，甲醚在负极反应，b极为负极，通入甲醚；a极为正极，正极反应为：13O₂+52e^-=26O^2-；
②不能用铜作阳极，铜做阳极时铜失电子为铜离子，铜离子不能与+6价铬发生氧化还原反应反应得到+3价铬；
③在酸性条件下，亚铁离子将+6价的Cr还原为+3价的Cr，离子方程式为Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；

解答 解：（1）实验Ⅰ依据图表数据列式计算，CCl₄+消耗量=0.8×60%=0.48
                    CCl₄+H₂?CHCl₃+HCl
起始量（mol/L）     1     1     0     0
变化量（mol/L）    0.6   0.6    0.6   0.6
平衡量（mol/L）    0.4   0.4    0.6   0.6
10h后反应达到平衡，则从反应开始至达到平衡状态，H₂的平均反应速率V=$\frac{0.6mol/L}{10h}$=0.06mol/L•h，
K=$\frac{0.6×0.6}{0.4×0.4}$=$\frac{9}{4}$=2.25，反应前后气体物质的量不变，可以用物质的量代替浓度计算，设条件为1L，
Q=$\frac{0.6×（0.6+0.5）}{（0.4+0.5）×0.4}$=$\frac{11}{6}$=1.83＜K=2.25，反应正向进行，平衡向右移动，
故答案为：向右移动；
（2）实验2和实验1相比，起始量相同，升温平衡向吸热反应方向进行，反应是放热反应，则升温平衡逆向进行，反应物转化率减小，x＞50%，选B，
故答案为：B；
（1）实验3和实验1温度相同，平衡常数相同，结合平衡三行计算列式计算，
                  CCl₄+H₂ ?CHCl₃+HCl
起始量（mol/L） 0.8     y        0     0
变化量（mol/L） 0.48   0.48     0.48  0.48
平衡量（mol/L） 0.32  y-0.48   0.48  0.48
K=$\frac{0.48×0.48}{0.32（y-0.48）}$=$\frac{9}{4}$
y=0.8
故答案为：0.8；
（4）已知CCl₄的沸点为77℃，CHCl₃的沸点为61.2℃．在100℃条件下，是气体，CCl₄+H₂?CHCl₃+HCl△H＜O，反应是气体体积不变的放热反应，
A．反应前后气体体积不变，压强始终不变化，不能说明反应达到平衡状态，故A错误；
B．生成HCl的速率和消耗H₂的速率相等只能说明反应正向进行，不能说明反应达到平衡状态，故B错误；
C．反应前后气体质量和体积不变，混合气体的密度始终不变，不能说明反应达到平衡状态，故C错误；
D．H₂的质量不再变化，说明氢气浓度不变是平衡标志，故D正确；
故答案为：D．
（5）①据电解池的阴阳极可知，a为燃料电池的正极，氧气在正极反应，b为负极，甲醚在负极反应，b极为负极，通入甲醚；a极为正极，正极反应为：13O₂+52e^-=26O^2-，
故答案为：甲醚，13O₂+52e^-=26O^2-；
②不能用铜作电解重铬酸钠废水的电极，铜做阳极时铜失电子为铜离子，铜离子不能与+6价铬发生氧化还原反应反应得到+3价铬，
故答案为：不能；铜做阳极时铜失电子为铜离子，铜离子不能与+6价铬发生氧化还原反应反应得到+3价铬；
③在酸性条件下，亚铁离子将+6价的Cr还原为+3价的Cr，离子方程式为Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，故答案为：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O．

点评 本题考查了化学平衡的影响因素分析、化学平衡的计算应用、燃料电池的反应原理以及电解池的相关知识，题目难度中等，注意电极反应式的书写．