Question

【題目】近年來，隨著聚酯工業的快速發展，將氯化氫轉化為氯氣的技術成為科學研究的熱點。傳統的Deacon直接氧化法，按下列催化過程進行：4HCl(g)+O2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g)

(1)寫出上述反應的平衡常數表達式K=___。

(2)生產過程中可使用CuCl2作催化劑，反應原理如下：

CuCl2(s)+O2(g)=CuO(s)+Cl2(g) △H1=+63kJmol-1

CuO(s)+2HCl(g)=CuCl2(s)+H2O(g) △H2=-121kJmol-1

則4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)的△H=___kJmol-1。

(3)生產中反應溫度通常控制在420℃左右，原因是___。在一定溫度下，進一步提高HCl平衡轉化率的方法是___(寫出2種)。

(4)420℃時，將一定量的O2和HCl通入4L的恒容密閉容器中，反應過程中氧氣的變化量如圖所示，則0~20min平均反應速率v(HCl)為___molL-1·min-1。

Answer 1

【答案】 -116 溫度太低，反應速率太慢；溫度太高，平衡逆向移動，產率降低 增加反應體系的壓強、及時分離出產物 0.04

【解析】

根據生成物濃度冪之積與反應物的濃度冪之積的比值表示化學平衡常數；利用蓋斯定律計算焓變；從反應的能量變化和催化劑的角度分析，從化學平衡移動角度分析提高反應物轉化率的方法；根據氧氣的濃度變化量求出氧氣的化學反應速率，根據化學反應速率之比等于化學計量數之比計算出氯化氫的化學反應速率。

(1)根據化學反應方程式4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)可知，化學平衡等于生成物濃度冪之積與反應物的濃度冪之積的比值，即反應的平衡常數表達式K=；

(2)根據反應原理：①CuCl2(s)+O2(g)=CuO(s)+Cl2(g)△H1=+63kJmol-1

②CuO(s)+2HCl(g)=CuCl2(s)+H2O(g)△H2=-121kJmol-1

利用蓋斯定律：2×(①+②)得到：4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)的△H=-116kJmol-1；

(3)生產中反應溫度通常控制在420℃左右，是因為溫度太低，反應速率太慢；溫度太高，平衡逆向移動，產率降低；

若想提高HCl的轉化率，應該促使平衡向著正向移動，該反應為反應前后氣體體積減小的反應，根據勒夏特列原理，可以增加反應體系壓強，使平衡正向移動；也可以及時除去產物，減小產物濃度，使平衡正向移動；

(4)由圖可知，0~20min平均反應速率v(O2)=，根據化學方程式：4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)，v(HCl)=4v(O2)=0.04 molL-1·min-1。