Question

【題目】隨著化工產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，氯化氫轉(zhuǎn)化為氯氣的技術(shù)成為科學(xué)研究的熱點(diǎn)。請按要求回答下列問題：

（1）HCl直接氧化法制Cl2可按下列催化過程進(jìn)行：

CuCl2(s)=CuCl(s)+1/2Cl2(g) ΔH1 = +83 kJ·mol-1

CuCl(s)+1/2O2(g)=CuO(s)+1/2Cl2(g) ΔH2 = -20 kJ·mol-1

CuO(s)+2HCl(g)=CuCl2(s)+H2O(g) ΔH3 = -121 kJ·mol-1

寫出HCl直接氧化法制Cl2的熱化學(xué)方程式：____________________________。

（2）在恒定容器中用上述HCl直接氧化法制Cl2，進(jìn)料c(HCl) ∶c(O2)分別為1:1、4:1、7:1時，HCl平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的關(guān)系如下圖所示：

①判斷圖中c(HCl) /c(O2) = 1:1的曲線為________。

②按化學(xué)計量系數(shù)比進(jìn)料可以保持反應(yīng)物高轉(zhuǎn)化率，同時降低產(chǎn)物分離的能耗。進(jìn)料時c(HCl)/c(O2)過低、過高的不利影響分別是____________、________。

③綜合上述信息，寫出在一定溫度的條件下進(jìn)一步提高HCl的轉(zhuǎn)化率的方法： ________________________________________。

④觀察上圖，以任何一條曲線為例，平衡常數(shù)K(200℃)________K(300℃)（填“大于”、“小于”或“等于”）。

⑤設(shè)O2初始濃度為c，計算L2對應(yīng)K(300℃) =____________（列出含c的計算式）。

（3）科學(xué)家最近采用碳基電極材料設(shè)計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：

①電源b極為____________極。

②寫出陽極區(qū)域反應(yīng)方程式：________________________________________。

③電路中轉(zhuǎn)移1 mol電子時，陽極產(chǎn)生氣體體積為__________________L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）。

Answer 1

【答案】4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2O(g)　ΔH = 116 kJ·mol-1 L1 O2和Cl2分離能耗較高 HCl轉(zhuǎn)化率較低 增加反應(yīng)體系壓強(qiáng)或及時分離出產(chǎn)物 大于 正 2HCl2e=Cl2↑+2H+ 11.2

【解析】

（1）根據(jù)蓋斯定律，將三個已知的熱化學(xué)方程式相加即得到目標(biāo)方程式，目標(biāo)方程式的焓變等于三個已知方程式的焓變和，相應(yīng)的熱化學(xué)方程式為4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH=116kJ·mol-1；

（2）①根據(jù)熱化學(xué)方程式可知，反應(yīng)物中HCl的占比較高，反應(yīng)的速率較快，但由于O2為固定值，則HCl的轉(zhuǎn)化率會下降，故L1為1:1條件下的曲線，L2為4:1條件下的曲線，L3為7:1條件下的曲線；

②若比值過低，將反應(yīng)物和產(chǎn)物分離需要的能耗較高；若比值過高，HCl的轉(zhuǎn)化率較低；

③增大壓強(qiáng)平衡正向移動，有助于提高HCl的轉(zhuǎn)化率；減小生成物濃度平衡正向移動，也可提高HCl的轉(zhuǎn)化率，適當(dāng)降低溫度平衡向放熱反應(yīng)即正反應(yīng)方向進(jìn)行，有助于提高HCl的轉(zhuǎn)化率；

④當(dāng)溫度升高平衡轉(zhuǎn)化率降低，平衡向逆反應(yīng)方向移動，反應(yīng)物濃度升高生成物濃度降低，平衡常數(shù)K減小，故K(200℃)大于K(300℃)；

⑤300℃時，L2比例HCl的轉(zhuǎn)化率為88%，

反應(yīng)動平衡常數(shù)K==；

（3）①根據(jù)電池示意圖，右側(cè)HCl失去電子生成Cl2，為電解池的陽極，故電源b為正極；

②陽極區(qū)的電極方程式為2HCl-2e-=Cl2↑+2H+；

③根據(jù)陽極的電極方程式，電路中轉(zhuǎn)移1mol電子，反應(yīng)生成0.5mol Cl2，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為11.2L。