Question

14．PCl₃和Cl₂在一定条件下反应生成PCl₅．
（1）已知PCl₃的熔点、沸点分别为-93.6℃和76.1℃，PCl₅的熔点为167℃．常温常压下，PCl₃与Cl₂反应生成41.7 g PCl₅时放出热量24.76kJ，该反应的热化学方程式为PCl₃（l）+Cl₂）g）═PCl₅（s）△H=-123.8kJ/mol．
（2）反应PCl₃（g）+Cl₂（g）?PCl₅（g） 在容积为5 L的密闭容器中进行．起始时PCl₃和Cl₂均为0.1 mol，反应在不同条件下进行，反应体系总压强随时间的变化如图所示．
①与实验a相比，b组改变的实验条件是加入催化剂，c组改变的实验条件是升高温度．
②计算实验a中反应的平衡常数及Cl₂的转化率（要求写出计算过程）．

Answer 1

分析 （1）常温常压下，PCl₃为液态，PCl₅为固态，PCl₃与Cl₂反应生成41.7 g PCl₅即0.2molPCl₅时放出热量24.76kJ，据此可知当生成1molPCl₅时放出热量123.8kJ，据此写出热化学方程式；
（2）①分析图象可知达到平衡状态的时间不同，时间越短反应速率越快；其中b和a达到相同平衡状态，但时间不同，说明b是加入了催化剂改变了反应速率；c混合气体压强增大，达到平衡时间缩短，所以是升温引起的压强增大；
②设PCl₃与Cl₂反应达平衡后生成PCl₅物质的量为x mol，根据三段式，表示出各物质的平衡的物质的量，然后根据在恒容时，气体的物质的量之比等于压强之比，求出X，即可解得K和平衡转化率．

解答 解：（1）常温常压下，PCl₃为液态，PCl₅为固态，PCl₃与Cl₂反应生成41.7 g PCl₅即0.2molPCl₅时放出热量24.76kJ，据此可知当生成1molPCl₅时放出热量123.8kJ，故热化学方程式为：PCl₃（l）+Cl₂）g）═PCl₅（s）△H=-123.8 kJ/mol，故答案为：PCl₃（l）+Cl₂）g）═PCl₅（s）△H=-123.8 kJ/mol；
（2）①分析图象可知达到平衡状态的时间不同，时间越短反应速率越快，图中3组实验从反应开始至达到平衡时的反应速率v（PCl₃）由大到小的次序b＞c＞a，与实验a相比，b和a达到相同平衡状态，但时间不同，b组改变的实验条件及判断依据是加入了催化剂改变了反应速率；c混合气体压强增大，达到平衡时间缩短，所以是升温引起的压强增大；
故答案为：加入催化剂，升高温度；
②解：设PCl₃与Cl₂反应达平衡后生成PCl₅物质的量为x mol．
              PCl₃（g）+Cl₂（g）?PCl₅（g）
初始/mol       0.1          0.1               0
平衡/mol       0.1-x        0.1-x             x      
初始时容器中气体总物质的量为0.2 mol，平衡时容器内气体总物质的量为：
（0.1-x） mol+（0.1-x） mol+x mol=（0.2-x） mol
根据物质的量之比等于压强之比可知：
$\frac{0.2mol}{（0.2-x）mol}=\frac{160Kp}{120KP}$ 解得 x=0.05 mol   
各物质的平衡浓度：c（PCl₅）=c（PCl₃）=c（Cl₂）=$\frac{（0.1-0.06）mol}{5L}$=0.01 mol/L
K=$\frac{c（PC{l}_{5}）}{c（PC{l}_{3}）•c（C{l}_{2}）}$=$\frac{0.01mol/L}{0.01mol/L×0.01mol/L}$=100 mol/L  
Cl₂的转化率α（Cl₂）=$\frac{0.05mol}{0.1mol}$×100%=50%   
答：实验a中反应的平衡常数为100mol/L，Cl₂的转化率为50%．

点评 本题考查了图象分析判断方法，化学平衡计算分析，影响化学平衡的因素理解应用，反应速率概念的计算，掌握基础是关键，题目难度中等．