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【题目】氯及其化合物在生活和生产中应用广泛。

(1)已知:900 K时,4HCl(g)+O2(g)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______________________________________。

②900 K时,体积比为4:l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×l05~4.5×105Pa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) △Hl=―102 kJ·mol-1

3Cl2(g)+6NaOH(aq)==5NaCl(aq)+NaClO3(aq)+3H2O(1) △H2=―422 kJ·mol—1

①写出在溶液中NaClO分解生成NaClO3的热化学方程式_____________________。

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ct mol·L-1,写出该时刻溶液中Cl―浓度的表达式;c(Cl―)=_________ mol·L-1 (用c0、ct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:_______________________________。

(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________________________________________。

【答案】 放热,△S<0,反应自发满足△H-T△S<0 3NaClO(aq)=2NaCl(aq)+NaClO3(aq)△H=-116kJ/mol (5c0-2ct)/3 反应Ⅰ的活化能高,活化分子百分数低,不利于ClO-向ClO3-转化 2NaClO3+O22NaClO4

【解析】(1)①反应自发进行的判断依据是△H-T△S<0;

②根据温度、压强对平衡状态的影响分析判断;

(2)①盖斯定律计算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根据活化能对反应的影响分析;

(3)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。

(1)①900 Κ时,4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)的△S<0,反应自发满足△H-T△S<0,△H<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;

(2)①已知:

Ⅰ、Cl2(g)+2NaOH(aq)==NaCl(aq)+NaClO(aq)+H2O(l) △Hl=―102 kJ·mol-1

Ⅱ、3Cl2(g)+6NaOH(aq)==5NaCl(aq)+NaClO3(aq)+3H2O(1) △H2=―422 kJ·mol—1

根据盖斯定律可知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;

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 molL-1,则Cl2(g)+2NaOH(aq)=NaCl(aq)+NaClO(aq)+H2O(l)反应中生成氯离子浓度为c0 molL-1,加热时NaClO转化为NaClO3,测得t时刻溶液中ClO-浓度为ct mol·L-1,反应的次氯酸钠浓度=c0 molL-1-ct mol·L-1

3NaClO(aq)=NaClO3(aq)+2NaCl(aq)

3 2

c0 molL-1-ct mol·L-1 2(c0 molL-1-ct mol·L-1)/3

该时刻溶液中Cl-浓度的表达式:c0 molL-1+2(c0 molL-1-ct mol·L-1)/3=(5c0-2ct)/3 mol·L-1;

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+O22NaClO4。

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