Question

17．氯气用途广泛，但在使用时，一般会产生氯化氢．工业上可用O₂将HCl转化为Cl₂，以提高效益，减少污染．反应为：O₂+4HCl$?_{250～400℃}^{催化剂}$2Cl₂+2H₂O

完成下列填空：
（1）该反应化学平衡常数K的表达式为$\frac{c{\;}^{2}（Cl{\;}_{2}）×c{\;}^{2}（H{\;}_{2}O）}{c{\;}^{4}（HCl）×c（O{\;}_{2}）}$；实验测得P₀压强下，HCl平衡转化率α（HCl）随反应温度T的变化如图1所示，则正反应是放热反应（填“吸热”或者“放热”）．
（2）上述实验中若压缩体积使压强由P₀增大至P₁，在图中画出P₁压强下HCl平衡转化率α（HCl）随反应温度T变化的曲线，并简要说明理由：，增大压强，平衡向正反应方向移动，α_HCl增大，相同温度下HCl的平衡转化率比之前实验的大．
（3）该反应在P₀、320°C条件下进行，达平衡状态A时，测得容器内n（Cl₂）=7.2×10^-3mol，则此时容器中的n（HCl）=2.54×10^-3mol．
（4）对该反应达到平衡后，以下分析正确的是ad（选填编号）．
a．增加n（HCl），对正反应的反应速率影响更大
b．体积不变加入稀有气体，对正反应的反应速率影响更大
c．压强不变加入稀有气体，对逆反应的反应速率影响更大
d．如果平衡常数K值增大，对逆反应的速率影响更大
（5）氯元素能形成多种离子．在水溶液中1molCl^-、1mol ClO_x^-（x=1，2，3，4）能量的相对大小如图2所示，写出B→A+C反应的热化学方程式（用离子符号表示）3ClO^-（aq）=ClO₃^-（aq）+2Cl^-（aq）△H=-117kJ/mol；若有1.5molB发生反应，转移电子2mol．

Answer 1

分析 （1）化学平衡常数，是指在一定温度下，可逆反应达到平衡时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值；升高温度平衡向吸热的方向移动，据此判断；
（2）正反应为气体体积减小的反应，增大压强，平衡向正反应方向移动，相同温度下HCl的平衡转化率比之前实验的大；
（3）设反应中氯化氢的起始的物质的量为amol，反应在P₀、320°C条件下进行，达平衡状态A时，氯化氢的转化率为85%，即有85%amol的氯化氢反应生成氯气的物质的量为$\frac{1}{2}$×85%amol=7.2×10^-3mol，所以a=1.69×10^-2mol，据此计算；
（4）a．增加n（HCl），平衡正向移动；
b．体积不变加入稀有气体，各物质的浓度不变，所以平衡不移动；
c．压强不变加入稀有气体，则体积变大，相当于对原平衡体系减压，则平衡向逆反应方向移动，据此判断；
d．如果平衡常数K值增大，即平衡向正反应方向移动，即正反应速率大于逆反应的速率，由于该反应为放热反应，所以要降低温度，据此判断；
（5）B自身发生氧化还原反应生成A和D，根据转移电子守恒得该反应方程式为3ClO^-=ClO₃^-+2Cl^-，反应热=（62kJ/mol+2×0kJ/mol）-3×60kJ/mol=-116kJ/mol，根据反应中氯元素的化合价的变化判断转移电子数．

解答 解：（1）O₂+4HCl$?_{250～400℃}^{催化剂}$2Cl₂+2H₂O的平衡常数k=$\frac{c{\;}^{2}（Cl{\;}_{2}）×c{\;}^{2}（H{\;}_{2}O）}{c{\;}^{4}（HCl）×c（O{\;}_{2}）}$；升高温度平衡向吸热的方向移动，根据图知，温度升高，氯化氢的转化下降，即平衡逆向移动，所以该反应的正反应为放热反应，
故答案为：$\frac{c{\;}^{2}（Cl{\;}_{2}）×c{\;}^{2}（H{\;}_{2}O）}{c{\;}^{4}（HCl）×c（O{\;}_{2}）}$；放热；
（2）正反应为气体体积减小的反应，增大压强，平衡向正反应方向移动，相同温度下HCl的平衡转化率比之前实验的大，故压缩体积使压强增大，画相应α_HCl～T曲线的示意图为，
故答案为：，增大压强，平衡向正反应方向移动，α_HCl增大，相同温度下HCl的平衡转化率比之前实验的大；
（3）设反应中氯化氢的起始的物质的量为amol，反应在P₀、320°C条件下进行，达平衡状态A时，氯化氢的转化率为85%，即有85%amol的氯化氢反应生成氯气的物质的量为$\frac{1}{2}$×85%amol=7.2×10^-3mol，所以a=1.69×10^-2，所以平衡时容器中的n（HCl）=15%amol=2.54×10^-3mol，
故答案为：2.54×10^-3；
（4）a．增加n（HCl），平衡正向移动，即对正反应的反应速率影响更大，故a正确；
b．体积不变加入稀有气体，各物质的浓度不变，所以平衡不移动，正逆反应速率 不变，故b错误；
c．压强不变加入稀有气体，则体积变大，相当于对原平衡体系减压，则平衡向逆反应方向移动，所以正反应的反应速率下降得更多，故c错误；
d．如果平衡常数K值增大，即平衡向正反应方向移动，即正反应速率大于逆反应的速率，由于该反应为放热反应，所以要降低温度，所以逆反应速率下降得要比正反应速率多，故d正确；
故选ad；
（5）B→A+C，根据转移电子守恒得该反应方程式为3ClO^-=ClO₃^-+2Cl^-，反应热=（63kJ/mol+2×0kJ/mol）-3×60kJ/mol=-117kJ/mol，所以该热化学反应方程式为3ClO^-（aq）=ClO₃^-（aq）+2Cl^-（aq）△H=-117kJ/mol，根据方程式可知，每当有3mol的ClO^-反应，可转移电子4mol，所以若有1.5molClO^-发生反应，转移电子为2mol
故答案为：3ClO^-（aq）=ClO₃^-（aq）+2Cl^-（aq）△H=-117kJ/mol；2．

点评 本题以氯元素为载体综合考查元素化合物知识、反应热的计算、氧化还原反应、化学平衡等知识点，综合性较强，侧重考查学生知识运用及图象分析能力，难点是（5）题反应热的计算，题目难度中等．