Question

6．（1）用O₂将HCl转化为Cl₂，可提高效益，减少污染．传统上该转化通过如图所示的催化剂循环实现，其中，
反应①2HCl（g）+CuO（s）═H₂O（g）+CuCl₂（s）△H₁   
反应②生成1molCl₂（g）的反应热为△H₂，
则总反应的热化学方程式为4HCl（g）+O₂（g）=2Cl₂（g）+2H₂O（g）△H=2（△H₁+△H₂）（反应热△H用含△H₁和△H₂的代数式表示）．
（2）在容积为1L的密闭容器中，通入一定量的N₂O₄，发生反应N₂O₄（g）?2NO₂（g），随温度升高，混合气体的颜色变深．回答下列问题：
 ①该反应的△H＞0（填“＞”或“＜”）；100℃时，体系中各物质浓度随时间变化如下表所示．在0～60s时段，反应速率v（N₂O₄）为0.001mol•L^-1•s^-1；40s时C₂＞0.10mol/L（填“＞”或“＜”）．
 ②100℃时达平衡后，改变反应温度为T，c（N₂O₄）以0.0020mol•L^-1•s^-1的平均速率降低，经10s又达到平衡．则T＞100℃（填“＞”或“＜”）．
 ③计算温度T时反应的平衡常数K=1.28mol/L．
（3）温度T时反应达平衡后，将反应容器的容积减少一半．平衡向逆反应（填“正反应”或“逆反应”）方向移动，N₂O₄的转化率减小（填“增大”或“减小”）．

时间（s）	0	20	40	60	80
N2O4浓度 （mol/L）	0.10	0.06	C1	0.04	0.04
NO2浓度 （mol/L）	0	0.08	C2	0.12	0.12

Answer 1

分析 （1）由图示可知，整个过程为：4HCl+O₂=2Cl₂+2H₂O，反应②生成1molCl₂（g）的反应热为△H₂，则反应热化学方程式为：CuCl₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CuO（s）+Cl₂（g）△H₂，根据盖斯定律（①+②）×2可得总反应的热化学方程式；
（2）①随温度的升高，混合气体的颜色变深，化学平衡向正反应方向移动，据此判断；反应速率利用公式v=$\frac{△c}{△t}$计算得到；20s到40s的平均速率为：$\frac{0.12-0.08}{40}$=0.001mol/L，而随时间的推移浓度减少，反应速率减慢，所以40s时C₂ 大于0.10mol/L；
②N₂O₄的浓度降低，平衡向正反应方向移动，由于正反应方向吸热，T＞100℃；
③计算T℃时两种物质的浓度，计算得到化学平衡常数；
（3）反应容器的容积减少一半，压强增大，根据反应前后气体体积大小判断化学平衡移动方向．

解答 解：（1）由图示可知，整个过程为：4HCl+O₂=2Cl₂+2H₂O，反应①为：2HCl（g）+CuO（s）?H₂O（g）+CuCl₂（s）△H₁，
反应②生成1molCl₂（g）的反应热为△H₂，则反应热化学方程式为：CuCl₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CuO（s）+Cl₂（g）△H₂，
根据盖斯定律（①+②）×2可得总反应的热化学方程式：4HCl（g）+O₂（g）=2Cl₂（g）+2H₂O（g）△H=2（△H₁+△H₂），
故答案为：4HCl（g）+O₂（g）=2Cl₂（g）+2H₂O（g）△H=2（△H₁+△H₂）；
（2）①随温度的升高，混合气体的颜色变深，化学平衡向正反应方向移动，即△H＞0；0～60s时段，N₂O₄浓度变化为：0.1mol/L-0.04mol/L=0.06mol/L，v（N₂O₄）=$\frac{0.06mol/L}{60s}$=0.0010mol•L^-1•s^-1；而随时间的推移浓度减少，反应速率减慢，所以40s时C₂ 大于0.10mol/L，
故答案为：＞；0.0010mol•L^-1•s^-1；＞；
②N₂O₄的浓度降低，平衡向正反应方向移动，由于正反应方向吸热，T＞100℃，故答案为：大于；c（N₂O₄）降低平衡正向移动，正反应为吸热反应，故温度升高；
③平衡时，c（NO₂）=0.120mol•L^-1+0.0020mol•L^-1•s^-1×10s×2=0.16mol•L^-1，c（N₂O₄）=0.040mol•L^-1-0.0020mol•L^-1•s^-1×10s=0.020mol•L^-1，K₂=$\frac{（0.16mol/L）^{2}}{0.020mol/L}$=1.28mol/L，故答案为：1.28mol/L；
（3）反应容器的容积减少一半，压强增大，正反应方向气体体积增大，增大压强向着气体体积减小的方向移动，N₂O₄的转化率减小，故答案为：逆反应；减小．

点评 本题考查化学平衡表格、影响平衡的因素、平衡常数影响因素、化学反应速率的计算等，难度不大．