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(duì)臭氧層的破壞．化學(xué)家研究在催化條件下，通過(guò)下列反應(yīng)，使CCl₄轉(zhuǎn)化為重要的化工原料氯仿
（CHCl₃）．CCl₄+H₂?CHCl₃+HCl
此反應(yīng)自伴隨有副反應(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濃度 （mol?L-1）	初始H2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(shí)平衡常數(shù)為

 

．
②實(shí)驗(yàn)l中，CCl₄的轉(zhuǎn)化率A

 

50%（填“大于”、“小于”或“等于”）．
③實(shí)驗(yàn)2中，10h后達(dá)到平衡，H₂的平均反應(yīng)速率為

 

．在此實(shí)驗(yàn)的平衡體系中，再加入0.5mol CCl₄和1.0mol HCl，平衡將向

 

方向移動(dòng)．
④實(shí)驗(yàn)3中，B的值

 

（選填序號(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℃，在相同條件的密閉容器中，分別進(jìn)行H₂的初始濃度為2mol?L^一1和4mol?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起始濃度為2mol?L^一1實(shí)驗(yàn)的消耗CCl₄的百分率變化曲線是

 

（選填序號(hào)）．
②根據(jù)上圖曲線，氫氣的起始濃度為

 

mol?L^一1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．你判斷的依據(jù)是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,化學(xué)平衡的影響因素

專(zhuān)題：化學(xué)平衡專(zhuān)題

分析：（1））①化學(xué)平衡常數(shù)指一定溫度下，可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)生成物濃度化學(xué)計(jì)量數(shù)次數(shù)冪之積與生成物濃度化學(xué)計(jì)量數(shù)次數(shù)冪之積的比值；
根據(jù)三段式計(jì)算出各物質(zhì)的平衡濃度，再代入平衡常數(shù)的表達(dá)式計(jì)算；
②令平衡時(shí)CCl₄濃度變化量為amol/L，利用三段式表示出平衡時(shí)各組分的濃度，再利用平衡常數(shù)列方程計(jì)算，進(jìn)而計(jì)算CCl₄的轉(zhuǎn)化率；
③計(jì)算氫氣的濃度變化量，再根據(jù)v（H₂）=

△c

△t

計(jì)算；濃度商Qc=

c(CHCl3)×c(HCl)

c(CCl4)×c(H2)

，與平衡常數(shù)比較，判斷反應(yīng)移動(dòng)方向；
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由圖象可知，氫氣的濃度為4mol/L，CCl₄的平衡轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物中CHCl₃的百分含量均得到提高．

解答： 解：（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)，其平衡常數(shù)K=

c(CHCl3)×c(HCl)

c(CCl4)×c(H2)

；
110℃時(shí)，實(shí)驗(yàn)2中，10h后達(dá)到平衡，CCl₄的轉(zhuǎn)化率為50%，平衡時(shí)氫氣的濃度變化量=1mol/L×50%=0.5mol/L，則：
             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=

0.5×0.5

0.5×0.5

=1，
故答案為：

c(CHCl3)×c(HCl)

c(CCl4)×c(H2)

；1；
②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

a×a

(0.8-a)×(1.2-a)

=1，解得a=0.48，則CCl₄的轉(zhuǎn)化率為

0.48mol/L

0.8mol/L

×100%=60%＞50%，
故答案為：大于；
③平衡時(shí)氫氣的濃度變化量=1mol/L×50%=0.5mol/L，則v（H₂）=

0.5mol/L

10h

=0.05mol/（L?h），
在此實(shí)驗(yàn)的平衡體系中，再加入0.5mol CCl₄和1.0mol HCl，此時(shí)濃度商Qc=

c(CHCl3)×c(HCl)

c(CCl4)×c(H2)

，大于平衡常數(shù)1，則平衡逆向進(jìn)行，
故答案為：0.05mol/（L?h）；逆反應(yīng)；
④對(duì)于實(shí)驗(yàn)3，因溫度與實(shí)驗(yàn)1、2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由圖象可知，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③；
故答案為：c；
②由圖象可知，4 mol?L^-1的①、②曲線比2mol?L^-1③、④曲線CCl₄轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物中CHCl₃的百分率的數(shù)值均高，
故答案為：4；從圖中可見(jiàn)，4 mol?L^-1的①、②曲線比2mol?L^-1③、④曲線CCl₄轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物中CHCl₃的百分率的數(shù)值均高．

點(diǎn)評(píng)：本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、化學(xué)反應(yīng)速率計(jì)算、化學(xué)平衡常數(shù)計(jì)算與應(yīng)用、影響化學(xué)平衡的因素，難度中等，注意掌握三段式計(jì)算與平衡常數(shù)的應(yīng)用．