Question

【題目】近年來(lái)，隨著聚酯工業(yè)的快速發(fā)展，氯氣的需求量和氯化氫的產(chǎn)出量也隨之迅速增長(zhǎng)。因此，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)�；卮鹣铝袉�(wèn)題：

（1）Deacon發(fā)明的直接氧化法為：4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2O(g)。下圖為剛性容器中，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：

可知反應(yīng)平衡常數(shù)K（300℃）____________K（400℃）（填“大于”或“小于”）。設(shè)HCl初始濃度為c0，根據(jù)進(jìn)料濃度比c(HCl)∶c(O2)=1∶1的數(shù)據(jù)計(jì)算K（400℃）=____________（列出計(jì)算式）。按化學(xué)計(jì)量比進(jìn)料可以保持反應(yīng)物高轉(zhuǎn)化率，同時(shí)降低產(chǎn)物分離的能耗。進(jìn)料濃度比c(HCl)∶c(O2)過(guò)低、過(guò)高的不利影響分別是____________。

（2）Deacon直接氧化法可按下列催化過(guò)程進(jìn)行：CuCl2(s)=CuCl(s)+Cl2(g) ΔH1=83 kJ·mol-1，CuCl(s)+O2(g)=CuO(s)+Cl2(g) ΔH2=-20 kJ·mol-1，CuO(s)+2HCl(g)=CuCl2(s)+H2O(g) ΔH3=-121 kJ·mol-1，則4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2O(g)的ΔH=_________ kJ·mol-1。

（3）在一定溫度的條件下，進(jìn)一步提高HCl的轉(zhuǎn)化率的方法是______________。（寫(xiě)出2種）

Answer 1

【答案】大于 O2和Cl2分離能耗較高、HCl轉(zhuǎn)化率較低 ﹣116 增加反應(yīng)體系壓強(qiáng)、及時(shí)除去產(chǎn)物

【解析】

(1)結(jié)合圖象可知，進(jìn)料濃度比相同時(shí)，溫度越高HCl平衡轉(zhuǎn)化率越低，說(shuō)明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向著逆向移動(dòng)，溫度越高平衡常數(shù)越小；進(jìn)料濃度比c(HCl)：c(O2)的比值越大，HCl的平衡轉(zhuǎn)化率越低，根據(jù)圖象可知，相同溫度時(shí)HCl轉(zhuǎn)化率最高的為進(jìn)料濃度比c(HCl)：c(O2)=1：1，該曲線中400℃HCl的平衡轉(zhuǎn)化率為84%，

4HCl(g)+O2(g)═2Cl2(g)+2H2O(g)

初始 c0 c0 0 0

平衡 0.84c0 0.21c0 0.42c0 0.42c0

轉(zhuǎn)化c0-0.84c0c0-0.21c0 0.42c00.42c0

帶入K=計(jì)算即可；

進(jìn)料濃度比c(HCl)：c(O2)過(guò)低時(shí)，O2濃度較大，Cl2和O2分離能耗較高；進(jìn)料濃度比c(HCl)：c(O2)過(guò)高時(shí)，O2濃度過(guò)低，HCl的轉(zhuǎn)化率減�。�

(2)①CuCl2(s)═CuCl(s)+Cl2(g)△H1=83kJmol-1，②CuCl(s)+O2(g)═CuO(s)+Cl2(g)△H2=-20kJmol-1，③CuO(s)+2HCl(g)═CuCl2(s)+H2O(g)△H3=-121kJmol-1，根據(jù)蓋斯定律，(①+②+③)×2可得4HCl(g)+O2(g)═2Cl2(g)+2H2O(g)，據(jù)此計(jì)算該反應(yīng)的△H；

(3)4HCl(g)+O2(g)═2Cl2(g)+2H2O(g)為氣體體積縮小的放熱反應(yīng)，若要提高HCl的轉(zhuǎn)化率，需要使平衡向著正向移動(dòng)，結(jié)合平衡移動(dòng)原理分析。

(1)根據(jù)反應(yīng)方程式知，HCl平衡轉(zhuǎn)化率越大，平衡常數(shù)K越大，結(jié)合圖像知升高溫度平衡轉(zhuǎn)化率降低，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，則K(300℃)>K(400℃)；

由圖像知，400℃時(shí)，HCl平衡轉(zhuǎn)化率為84%，用三段式法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得：

起始(濃度) c0 c0 0 0

變化(濃度) 0.84c0 0.21c0 0.42c0 0.42c0

平衡(濃度)(1-0.84)c0 (1-0.21)c0 0.42c0 0.42c0

則K=；根據(jù)題干信息知，進(jìn)料濃度比過(guò)低，氧氣大量剩余，導(dǎo)致分離產(chǎn)物氯氣和氧氣的能耗較高；進(jìn)料濃度比過(guò)高，HCl不能充分反應(yīng)，導(dǎo)致HCl轉(zhuǎn)化率較低；

(2)根據(jù)蓋斯定律知，(①+②+③)×2得 H=(H1+H2+H3)×2=-116kJ·mol-1；

(3)若想提高HCl的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)該促使平衡正向移動(dòng)，該反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，根據(jù)勒夏特列原理，可以增大壓強(qiáng)，使平衡正向移動(dòng)；也可以及時(shí)除去產(chǎn)物，減小產(chǎn)物濃度，使平衡正向移動(dòng)。