Question

【題目】近年來將氯化氫轉(zhuǎn)化為氯氣的技術(shù)成為科學(xué)研究的熱點(diǎn)。

（1）迪肯發(fā)明的直接氧化法為：4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2O(g)。下圖為密閉容器中， 進(jìn)料濃度比 c(HCl) ∶c(O2)分別等于 1∶1、4∶1、7∶1 時(shí) HCl 平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度 變化的關(guān)系：

①據(jù)圖像可知反應(yīng)平衡常數(shù) K（300℃）______K（400℃），（填“>”或“<”）。判 斷理由是：________________________________________________；

②若進(jìn)料濃度比 c(HCl) ∶c(O2)等于 1∶1，400℃時(shí)，O2 的轉(zhuǎn)化率是______。

（2）Deacon 直接氧化法可按下列催化過程進(jìn)行：CuCl(s)+1/2O2(g)=CuO(s)+1/2Cl2(g) ΔH1=-20 kJ·mol-1，CuO(s)+2HCl(g)=CuCl2(s)+H2O(g) ΔH2=-121 kJ·mol-1，4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH3

若是利用ΔH1和ΔH2計(jì)算ΔH3時(shí)，還需要利用__________反應(yīng)的ΔH。

（3）在傳統(tǒng)的電解氯化氫回收氯氣技術(shù)的基礎(chǔ)上，科學(xué)家最近采用碳基電極材料設(shè)計(jì) 了一種新的工藝方案，主要包括電化學(xué)過程和化學(xué)過程，如下圖所示：

陰極區(qū)發(fā)生的反應(yīng)有Fe3+ + e- = Fe2+和___________________（寫反應(yīng)方程式）。

電路中轉(zhuǎn)移1 mol電子，可生成氯氣__________L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）。

Answer 1

【答案】> 圖像表明，進(jìn)料濃度比相同時(shí)溫度升高HCl的平衡轉(zhuǎn)化率降低，說明平衡逆向移動(dòng)，生成物濃度降低，反應(yīng)物濃度升高，K值越小。 21% CuCl2(s)=CuCl(s)+Cl2(g) 或CuCl(s)+Cl2(g) = CuCl2(s) 4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O 11.2

【解析】

（1）①根據(jù)圖知，進(jìn)料濃度比c(HCl):c(O2)一定時(shí)，升高溫度，HCl的轉(zhuǎn)化率降低，說明平衡逆向移動(dòng)，升高溫度平衡向吸熱方向移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越高，化學(xué)平衡常數(shù)越小。

②溫度一定時(shí)，進(jìn)料濃度比c(HCl):c(O2)越大，HCl的轉(zhuǎn)化率越小，400℃進(jìn)料濃度比c(HCl):c(O2)=1:1時(shí)，HCl的轉(zhuǎn)化率為a曲線，HCl轉(zhuǎn)化率為84%，根據(jù)三段式：

4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)

開始(mol/L) c0c000

反應(yīng)(mol/L) 0.84c00.21c00.42c00.42c0

平衡(mol/L) 0.16c00.79c00.42c00.42c0

計(jì)算氧氣的轉(zhuǎn)化率。

（2）①CuCl(s)+1/2O2(g)=CuO(s)+1/2Cl2(g) ΔH1=-20 kJ·mol-1；

②CuO(s)+2HCl(g)=CuCl2(s)+H2O(g) ΔH2=-121 kJ·mol-1；

③4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH3

若是利用ΔH1和ΔH2計(jì)算ΔH3時(shí)，由蓋斯定律，③-②-①得：需要利用CuCl2(s)=CuCl(s)+Cl2(g)或CuCl(s)+Cl2(g) = CuCl2(s)的ΔH。

（3）由圖可知，H+向左側(cè)移動(dòng)，則左側(cè)為電解池的陰極，陰極上發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)圖示信息可知，其陰極電極反應(yīng)式為：Fe3++e-=Fe2+和4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O，右側(cè)為陽極，陽極電極反應(yīng)式為：2HCl-2e-=Cl2↑+2H+。

（1）①根據(jù)圖知，進(jìn)料濃度比c(HCl):c(O2)一定時(shí)，升高溫度，HCl的轉(zhuǎn)化率降低，說明平衡逆向移動(dòng)，升高溫度平衡向吸熱方向移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越高，化學(xué)平衡常數(shù)越小，所以K(300℃)>K(400℃)，故答案為：>；圖像表明，進(jìn)料濃度比相同時(shí)溫度升高HCl的平衡轉(zhuǎn)化率降低，說明平衡逆向移動(dòng)，生成物濃度降低，反應(yīng)物濃度升高，K值越小。

②溫度一定時(shí)，進(jìn)料濃度比c(HCl):c(O2)越大，HCl的轉(zhuǎn)化率越小，400℃進(jìn)料濃度比c(HCl):c(O2)=1:1時(shí)，HCl的轉(zhuǎn)化率為a曲線，HCl轉(zhuǎn)化率為84%，根據(jù)三段式：

4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)

開始(mol/L) c0c000

反應(yīng)(mol/L) 0.84c00.21c00.42c00.42c0

平衡(mol/L) 0.16c00.79c00.42c00.42c0

則氧氣的轉(zhuǎn)化率為：，故答案為：。

（2）①CuCl(s)+1/2O2(g)=CuO(s)+1/2Cl2(g) ΔH1=-20 kJ·mol-1；

②CuO(s)+2HCl(g)=CuCl2(s)+H2O(g) ΔH2=-121 kJ·mol-1；

③4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH3

若是利用ΔH1和ΔH2計(jì)算ΔH3時(shí)，由蓋斯定律，③-②-①得：需要利用CuCl2(s)=CuCl(s)+Cl2(g) 或CuCl(s)+Cl2(g) = CuCl2(s)的ΔH，故答案為：CuCl2(s)=CuCl(s)+Cl2(g) 或CuCl(s)+Cl2(g) = CuCl2(s)。

（3）由圖可知，H+向左側(cè)移動(dòng)，則左側(cè)為電解池的陰極，陰極上發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)圖示信息可知，其陰極電極反應(yīng)式為：Fe3++e-=Fe2+和4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O，右側(cè)為陽極，陽極電極反應(yīng)式為：2HCl-2e-=Cl2↑+2H+，電路中轉(zhuǎn)移1mol電子，生成0.5molCl2，其標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為，故答案為：4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O；。