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微专题突破练(十)
化学反应原理综合应用(非选择题)
1.(2019·全国卷Ⅲ)近年来,随着聚酯工业的快速发展,氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此,将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题: (1)Deacon发明的直接氧化法为:4HCl(g)+O2(g)
2Cl2(g)+2H2O(g)。
下图为刚性容器中,进料浓度比c(HCl) ∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系:
可知反应平衡常数K(300 ℃)________K(400 ℃)(填“大于”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0,根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)=1∶1的数据计算K(400 ℃)
=________(列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率,同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别是________。
(2)Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行:
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 则4HCl(g)+O2(g)
2Cl2(g)+2H2O(g)的ΔH=________ kJ·mol-1。
(3)在一定温度的条件下,进一步提高HCl的转化率的方法是________。(写出2种)
(4)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上,科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案,主要包括电化学过程和化学过程,如下图所示:
负极区发生的反应有____________(写反应方程式)。 电路中转移1 mol电子,需消耗氧气________L(标准状况)。 【解析】(1)根据题中示意图可以看出随着温度的升高,HCl的转化率降低,说明升高温度平衡逆向移动,正反应为放热反应,所以温度越高,反应进行的程度越小,K值越小,即K(300 ℃)大于K(400 ℃)。相同条件下进料浓度比c(HCl)∶c(O2)越大,HCl的转化率越低;进料浓度
比c(HCl)∶c(O2)越小,HCl的转化率越高。即三条曲线中,最上面一条是c(HCl)∶c(O2)=1∶1的变化曲线。将400 ℃时的数据代入可得:
K=。由示意图可以看出进料浓度比过高或过低对
反应都不利,过高会造成HCl利用率降低,过低会有大量氧气剩余,分离氧气能耗过高。
(2)利用盖斯定律解答本题。 CuCl2(s)
CuCl(s)+Cl2(g)
ΔH1=83 kJ·mol-1① CuCl(s)+O2(g)
CuO(s)+Cl2(g)
ΔH2=-20 kJ·mol-1② CuO(s)+2HCl(g)
CuCl2(s)+H2O(g)
ΔH3=-121 kJ·mol-1③ 则4HCl(g)+O2(g)
2Cl2(g)+2H2O(g)可由①×2+②×2+③×2得到,
所以其ΔH=83×2+(-20)×2+(-121)×2=-116 (kJ·mol-1)。 (3)根据平衡移动原理,为了提高HCl的转化率,使反应4HCl(g)+O2(g)
2Cl2(g)+2H2O(g)正向移动,可以采用增大反应体系
压强、及时分离出产物等措施。
(4)根据示意图中H+的流动方向可以判断电源的正负极情况,左侧为负极,右侧为正极。根据示意图中负极区物质的转化可以写出相应的方程式:Fe3++e-Fe2+,4Fe2++O2+4H+
4Fe3++2H2O。在反应中,1 mol O2
得到4 mol电子,所以转移1 mol电子时消耗氧气0.25 mol,在标准
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