Question

【題目】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(duì)臭氧層的破壞。化學(xué)家研究在催化劑作用下，通過(guò)下列反應(yīng)：CCl4＋H2 CHCl3＋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(huì)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(cè)得如下數(shù)據(jù)(假設(shè)不考慮副反應(yīng))。

實(shí)驗(yàn) 序號(hào)	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_____________。

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(hào))。

A 等于50% B 大于50% C 小于50% D 從本題資料無(wú)法判斷

(2)120 ℃時(shí)，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(cè)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(shí)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2 mol·L－1的實(shí)驗(yàn)消耗CCl4的百分率變化曲線的是________(填序號(hào))。

②根據(jù)上圖曲線，氫氣的起始濃度為________ mol·L1時(shí)，有利于提高CCl4的平衡轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物中CHCl3的百分含量。

Answer 1

【答案】K=c(CHCl3)c(HCl)/[c(CCl4)c(H2)] 大于 0.05 mol·L－1·h－1 D c 4

【解析】

(1)①因CCl4的沸點(diǎn)為77℃，CHCl3的沸點(diǎn)為61.2℃，所以在110℃或100℃反應(yīng)時(shí)各物質(zhì)均為氣態(tài)，根據(jù)平衡常數(shù)的表達(dá)式書(shū)寫(xiě)；

②110℃時(shí)，由實(shí)驗(yàn)2可知反應(yīng)中各物質(zhì)的平衡濃度均為0.5mol/L，代入表達(dá)式計(jì)算得平衡常數(shù)；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；

③根據(jù)v=計(jì)算v(H2)；

④對(duì)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(wú)法判斷轉(zhuǎn)化率的大��；

(2)①氫氣濃度越大反應(yīng)越快，消耗CCl4的百分率變化就越快，相反就比較慢，據(jù)此判斷；

②根據(jù)圖像分析判斷出氫氣的濃度對(duì)CCl4的平衡轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物中CHCl3的百分含量的影響再判斷。

(1)①因CCl4的沸點(diǎn)為77℃，CHCl3的沸點(diǎn)為61.2℃，所以在110℃或100℃反應(yīng)時(shí)各物質(zhì)均為氣態(tài)，CCl4＋H2 CHCl3＋HCl的平衡常數(shù)K=，故答案為：；

②110℃時(shí)，實(shí)驗(yàn)2中，10h后達(dá)到平衡，CCl4的轉(zhuǎn)化率為50%，

CCl4(g)+H2(g)CHCl3(g)+HCl(g)，

起始(mol/L)： 1 1 0 0

變化(mol/L)：0.5 0.5 0.5 0.5

平衡(mol/L)：0.5 0.5 0.5 0.5

則平衡常數(shù)K==1，

實(shí)驗(yàn)1中，設(shè)平衡時(shí)四氯化碳的濃度變化量為amol/L，則：

CCl4(g)+H2(g)CHCl3(g)+HCl(g)，

起始(mol/L ) 0.8 1.2 0 0

反應(yīng)(mol/L ) a a a a

平衡(mol/L) 0.8-a 1.2-a a a

則=1，解得a=0.48，則CCl4的轉(zhuǎn)化率為×100%=60%＞50%，故答案為：大于；

③由②中計(jì)算可知，平衡時(shí)氫氣的濃度變化量為0.5mol/L，則v(H2)==0.05mol/(Lh)，故答案為：0.05mol/(Lh)；

④對(duì)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(wú)法判斷轉(zhuǎn)化率的大小，故答案為：D；

(2)①由圖像可知，氫氣濃度越大，反應(yīng)越快，消耗CCl4的百分率變化就越快，相反就比較慢，所以H2起始濃度為2mol/L時(shí)，消耗CCl4的百分率變化曲線是c，故答案為：c；

②由圖像可知，a、b表示氫氣的濃度為4mol/L的曲線，c、d表示氫氣的濃度為2mol/L的曲線，從圖中可見(jiàn)，4mol/L的a、b曲線比2mol/L的c、d曲線CCl4轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物中CHCl3的百分率的數(shù)值均高，即氫氣的起始濃度為4mol·L－1時(shí)，有利于提高CCl4的平衡轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物中CHCl3的百分含量，故答案為：4。