Question

為妥善處理氯甲烷生產(chǎn)企業(yè)的副產(chǎn)物CCl₄，以減少其對臭氧層的破壞。化學(xué)家研究在催化劑作用下，通過下列反應(yīng)：CCl₄+H₂CHCl₃ + HCl使CCl₄轉(zhuǎn)化為重要的化工原料氯仿(CHCl₃)。此反應(yīng)伴隨有副反應(yīng)，會生成CH₂Cl₂、CH₃Cl和CH₄ 等。已知CCl₄的沸點(diǎn)為77℃，CHCl₃的沸點(diǎn)為61.2℃。

(1)在密閉容器中，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)后，測得如下數(shù)據(jù)(假設(shè)不考慮副反應(yīng))。

實(shí)驗(yàn)序號	溫度 /℃	初始CCl4的濃度 /(mol • L﹣1)	初始H2的濃度/(mol • L﹣1)	CCl4的平衡轉(zhuǎn)化率
1	110	0.8	1.2	A
2	110	1	1	50%
3	100	1	1	B

①此反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為___________，在110℃時平衡常數(shù)為_____________。

②實(shí)驗(yàn)1中，CCl₄的轉(zhuǎn)化率A____________50%(填”大于”“小于”或”等于”)。

③實(shí)驗(yàn)2中，10 h后達(dá)到平衡，H₂的平均反應(yīng)速率為________________。

④實(shí)驗(yàn)3中，B的值____________(填序號)。

A.等于50%   B.大于50%

C.小于50%   D.從本題資料無法判斷

(2)120℃時，在相同條件的密閉容器中，分別進(jìn)行H₂ 的初始濃度為2 mol • L^﹣1和4 mol • L^﹣1的實(shí)驗(yàn)，測得反應(yīng)消耗CCl₄的百分率(x%)和生成物中CHCl₃的百分含量(y%)隨時間(t)的變化關(guān)系如圖(圖中實(shí)線是消耗CCl₄的百分率變化曲線，虛線是產(chǎn)物中CHCl₃的百分含量變化曲線)。

①在圖中的四條線中，表示H₂的起始濃度為2mol • L^﹣1的實(shí)驗(yàn)消耗CCl₄的百分率變化曲線是___________(填序號)。

②根據(jù)上圖曲線，氫氣的起始濃度為___________mol • L^﹣1時，有利于提高CCl₄的平衡轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物中CHCl₃的百分含量。你判斷的依據(jù)是___________。

Answer 1

【答案】(1)     1  ②大于③0.05 mol • L^﹣1 • h^﹣1   ④D

(2)①c    ②4    從圖中可見，4 mol • L^﹣1的a、b曲線比2 mol • L^﹣1的c、d曲線的CCl₄的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物中CHCl₃的百分含量的數(shù)值都高

【解析】(1)因CCl₄的沸點(diǎn)為77℃ ，CHCl₃的沸點(diǎn)為61.2℃，所以在110℃或100℃時反應(yīng)中各物質(zhì)的狀態(tài)均為氣態(tài)，其平衡常數(shù) 110℃時，由實(shí)驗(yàn)2可知反應(yīng)中各物質(zhì)的平衡濃度均為0.5 mol • L^﹣1，代入表達(dá)式計算得平衡常數(shù)為1。實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2的反應(yīng)溫度相同，所以其平衡常數(shù)相同，利用平衡常數(shù)相等，可以求出實(shí)驗(yàn)1中CCl₄的平衡轉(zhuǎn)化率，然后與50%比較；對于實(shí)驗(yàn)3，因溫度不同，又不知該反應(yīng)的熱效應(yīng)，所以無法判斷轉(zhuǎn)化率的大小。

(2)由圖像可知，氫氣的濃度越大反應(yīng)速率越快，消耗CCl₄的百分率變化就越快，相反就比較慢，所以H₂的起始濃度為2 mol • L^﹣1時，消耗CCl₄的百分率變化曲線是c，CCl₄的平衡轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物中CHCl₃的百分含量均得到提高的是a和b此時氫氣的濃度為4mol • L^﹣1。