Question

5．將1mol氧氣和一定量的HCl放入2L的密閉容器中，在一定條件下發生反應：4HCl+O₂?2Cl₂+2H₂O（g）．5分鐘后反應達到平衡，將容器中的混合氣體通過過量NaOH溶液，消耗NaOH 2.0mol；再將剩余氣體干燥后通過焦性沒食子酸的堿性溶液吸收O₂，溶液增重19.2g．
請回答下列問題：
（1）寫出平衡時，混合氣體通入NaOH溶液中所發生反應的離子方程式：H⁺+OH^-=H₂O；Cl₂+OH^-=Cl^-+ClO-+H₂O．
（2）計算0～5分鐘時，Cl₂的平均生成速率是0.08mol•L^-1•min^-1．
（3）平衡時HCl的轉化率是80%，平衡時混合氣體總的物質的量是2.6mol．
（4）已知：H-CI的鍵能是431kJ/mol，O=O的鍵能是497kJ/mol，CI-CI的鍵能是243kJ/mol，H-O的鍵能是463kJ/mol，則該反應的反應熱△H=-117 kJ/mol．

Answer 1

分析 混合氣體通過過量NaOH溶液，消耗NaOH 2.0mol，根據鈉原子守恒可知n（NaCl）+n（NaClO）=0.2mol，再根據氯原子守恒可知原來HCl的物質的量n（HCl）=0.2mol．將剩余氣體干燥后通過焦性沒食子酸的堿性溶液吸收O₂，溶液增重19.2g為反應剩余的氧氣的質量，
（1）為可逆反應，混合氣體中有HCl、Cl₂等，HCl與NaOH溶液反應，生成氯化鈉與水．Cl₂與NaOH溶液反應，生成氯化鈉、次氯酸鈉與水；
（2）根據剩余氧氣的質量，計算出生成的氯氣的物質的量，再根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（Cl₂）；
（3）根據剩余氧氣的質量，計算出參加反應的氯化氫的物質的量，再根據轉化率計算；根據反應消耗氧氣的物質的量利用差量法計算平衡時混合氣體總的物質的量；
（4）根據焓變△H=反應物總鍵能-生成物總鍵能計算該反應的焓變．

解答 解：反應為可逆反應，混合氣體中有HCl、Cl₂等，混合氣體通過過量NaOH溶液，HCl與NaOH溶液反應，生成氯化鈉與水．Cl₂與NaOH溶液反應，生成氯化鈉、次氯酸鈉與水．共消耗NaOH 2.0mol，根據鈉原子守恒可知n（NaCl）+n（NaClO）=2mol，根據氯原子守恒可知原來HCl的物質的量n（HCl）=2mol，
將剩余氣體干燥后通過焦性沒食子酸的堿性溶液吸收O₂，溶液增重19.2g為反應剩余的氧氣的質量，所以剩余氧氣的物質的量為：$\frac{19.2g}{32g/mol}$=0.6mol，
（1）混合氣體中有HCl、Cl₂等，HCl與NaOH溶液反應，生成氯化鈉與水，離子方程式為：H⁺+OH^-=H₂O；
Cl₂與NaOH溶液反應，生成氯化鈉、次氯酸鈉與水，反應離子方程式為Cl₂+OH^-=Cl^-+ClO-+H₂O；
故答案為：H⁺+OH^-=H₂O；Cl₂+OH^-=Cl^-+ClO-+H₂O；
（2）4HCl+O₂ ?2Cl₂ +2H₂O
開始（mol）：2       1         0         0
變化（mol）：1.6  1-0.6=0.4      0.8  0.8  
所以5分鐘內，Cl₂的平均生成速率為：v（Cl₂）=$\frac{\frac{0.8mol}{2L}}{5min}$=0.08 mol•L^-1•min^-1，
故答案為：0.08 mol•L^-1•min^-1，
（3）反應前HCl的總物質的量為：n（HCl）=2mol，由（2）可知參加反應的氯化氫的物質的量為1.6mol，則氯化氫的轉化率為：$\frac{1.6mol}{2mol}$×100%=80%；
根據分析可知平衡時剩余氧氣的物質的量為0.6mol，反應消耗氧氣的物質的量為：1mol=0.6mol=0.4mol，
4HCl+O₂?2Cl₂+2H₂O（g）△n
          1                                1
        0.4mol                       0.4mol
平衡時氣體減少物質的量為：n=0.4mol，所以平衡時氣體總物質的量為：1mol+2mol-0.4mol=2.6mol，
故答案為：80%；2.6mol；
（4）H-Cl的鍵能是431kJ/mol，O=O的鍵能是497kJ/mol，Cl-Cl的鍵能是243kJ/mol，H-O的鍵能是463kJ/mol，
反應4HCl+O₂?2Cl₂+2H₂O（g）的焓變△H=反應物總鍵能-生成物總鍵能=431kJ/mol×4+497kJ/mol-243kJ/mol×2-463kJ/mol×4=-117kJ/mol，
故答案為：-117．

點評 本題考查較為綜合，涉及反應熱、轉化率化學反應速率的計算、離子方程式書寫等知識，題目難度中等，明確化學反應速率、轉化率的概念及表達式即可解答，注意掌握反應熱與鍵能的關系，試題培養了學生的分析能力及化學計算能力．