Question

20．用O₂將HCl轉化為Cl₂，可提高效益，減少污染．

（1）傳統上該轉化通過如下所示的催化循環實現．其中，反應①為：2HCl（g）+CuO（s）?H₂O（g）+CuCl₂（s）△H₁反應②生成1mol Cl₂（g）的反應熱為△H₂，則總反應的熱化學方程式為4HCl（g）+O₂（g）=2Cl₂（g）+2H₂O（g）△H=2（△H₁+△H₂）（反應熱用△H₁和△H₂表示）．
（2）新型RuO₂催化劑對上述HCl轉化為Cl₂的總反應具有更好的催化活性．
①實驗測得在一定壓強下，總反應的HCl平衡轉化率隨溫度變化的轉化率α_HCl～T曲線如圖1：則總反應的△H＜0（填“＞”“=”或“＜”）；A、B兩點的平衡常數K（A）與K（B）中較大的是K（A）．
②在上述實驗中若壓縮體積使壓強增大，畫出相應α_HCl～T曲線的示意圖1，并簡要說明理由：增大壓強，平衡向正反應方向移動，α_HCl增大，相同溫度下HCl的平衡轉化率比之前實驗的大．
③下列措施中，有利于提高α_HCl的有BD．
A．增大n（HCl）     B．增大n（O₂）      C．使用更好的催化劑    D．移去H₂O
（3）一定條件下測得反應過程中n（Cl₂）的數據如下：

t/min	0	2.0	4.0	6.0	8.0
n（Cl2）/10-3mol	0	1.8	3.7	5.4	7.2

計算2.0～6.0min內以HCl的物質的量變化表示的反應速率（以mol•min^-1為單位）1.8×10^-3mol•min^-1．
（4）Cl₂用途廣泛，寫出用Cl₂制備漂白粉的化學反應方程式2Cl₂+2Ca（OH）₂=CaCl₂+Ca（ClO）₂+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）由圖示可知，整個過程為：4HCl+O₂=2Cl₂+2H₂O，反應②生成1molCl₂（g）的反應熱為△H₂，則反應熱化學方程式為：CuCl₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CuO（s）+Cl₂（g）△H₂，根據蓋斯定律（①+②）×2可得總反應的熱化學方程式；
（2）①由圖可知，溫度越高，平衡時HCl的轉化率越小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動；
②正反應為氣體體積減小的反應，增大壓強，平衡向正反應方向移動，相同溫度下HCl的平衡轉化率比之前實驗的大；
③改變措施有利于提高α_HCl，應使平衡向正反應方向移動，注意不能只增加HCl的濃度；
（3）根據v=$\frac{△n}{△t}$計算2.0～6.0min內v（Cl₂），再利用速率之比等于其化學計量數之比計算v（HCl）；
（4）氯氣與氫氧化鈣反應生成氯化鈣、次氯酸鈣與水．

解答 解：（1）由圖示可知，整個過程為：4HCl+O₂=2Cl₂+2H₂O，反應①為：2HCl（g）+CuO（s）?H₂O（g）+CuCl₂（s）△H₁，
反應②生成1molCl₂（g）的反應熱為△H₂，則反應熱化學方程式為：CuCl₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CuO（s）+Cl₂（g）△H₂，
根據蓋斯定律（①+②）×2可得總反應的熱化學方程式：4HCl（g）+O₂（g）=2Cl₂（g）+2H₂O（g）△H=2（△H₁+△H₂），
故答案為：4HCl（g）+O₂（g）=2Cl₂（g）+2H₂O（g）△H=2（△H₁+△H₂）；
（2）①由圖可知，溫度越高，平衡時HCl的轉化率越小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，則正反應為放熱反應，即△H＜0，化學平衡常數減小，即K（A）＞K（B），
故答案為：＜；K（A）；
②正反應為氣體體積減小的反應，增大壓強，平衡向正反應方向移動，相同溫度下HCl的平衡轉化率比之前實驗的大，故壓縮體積使壓強增大，畫相應α_HCl～T曲線的示意圖為，
故答案為：，增大壓強，平衡向正反應方向移動，α_HCl增大，相同溫度下HCl的平衡轉化率比之前實驗的大；
③A．增大n（HCl），HCl濃度增大，平衡右移，但HCl的轉化率降低，故A錯誤；
B．增大n（O₂），氧氣濃度增大，平衡右移，HCl的轉化率提高，故B正確；
C．使用更好的催化劑，加快反應速率，縮短到達平衡的時間，不影響平衡移動，HCl的轉化率不變，故C錯誤；
D．移去生成物H₂O，有利于平衡右移，HCl的轉化率增大，故D正確，
故選：BD；
（3）由表中數據可知，2.0～6.0min內△n（Cl₂）=（5.4-1.8）×10^-3mol=3.6×10^-3mol，則以Cl₂的物質的量變化表示的反應速率v（Cl₂）=$\frac{3.6×1{0}^{-3}}{6min-2min}$=9×10^-4mol•min^-1，速率之比等于其化學計量數之比，故v（HCl）=2v（Cl₂）=1.8×10^-3mol．min^-1，
故答案為：1.8×10^-3mol•min^-1；
（4）氯氣與氫氧化鈣反應生成氯化鈣、次氯酸鈣與水，反應方程式為2Cl₂+2Ca（OH）₂=CaCl₂+Ca（ClO）₂+2H₂O，
故答案為：2Cl₂+2Ca（OH）₂=CaCl₂+Ca（ClO）₂+2H₂O．

點評 本題比較綜合，為高頻考點，涉及熱化學方程式書寫、化學平衡及平衡常數影響因素、化學反應速率的計算等，（3）中注意用單位時間內物質的量變化表示速率，較好的考查的分析解決問題的能力，難度中等．