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)。
?0.42?2×?0.42?2
答案 (1)大于 O2和Cl2分离能耗较高 HCl转化率较低
?1－0.84?4×?1－0.21?c0(2)－116
(3)增加反应体系压强、及时除去产物
(4)Fe3＋e===Fe2,4Fe2＋O2＋4H===4Fe3＋2H2O 5.6
解析 (1)由题给HCl平衡转化率随温度变化的关系图可知,随温度升高,HCl平衡转化率降低,则此反应为放热反应,温度越高,平衡常数越小,即K(300 ℃)大于K(400 ℃)。结合题图可知,c(HCl)∶c(O2)＝1∶1、400 ℃时HCl的平衡转化率为84%,列出三段式： 4HCl(g) ＋ O2(g) === 2Cl2(g)＋2H2O(g) 起始 c0 c0 0 0 转化 0.84c0 0.21c0 0.42c0 0.42c0 平衡 (1－0.84)c0 (1－0.21)c0 0.42c0 0.42c0
?0.42?2×?0.42?2c2?Cl2?·c2?H2O?
则K(400 ℃)＝4＝；进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低会使
c?HCl?·c?O2??1－0.84?4×?1－0.21?c0O2和Cl2分离的能耗较高,过高则会造成HCl转化率较低。(2)将已知热化学方程式依次编号为①、②、③,根据盖斯定律,由(①＋②＋③)×2得4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－116 kJ·mol－1。(3)题述反应是气体体积减小的反应,增大反应体系压强可使反应正向移
＋
－
＋
＋
＋
＋
动,提高HCl的转化率,及时分离出产物也能提高HCl的转化率。(4)负极区发生还原反应Fe3＋＋e－===Fe2＋,生成的二价铁又被氧气氧化成三价铁,发生反应4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O,1
由反应可知电路中转移4 mol电子消耗1 mol O2,则转移1 mol电子消耗氧气 mol,其在标准
41
状况下的体积为 mol×22.4 L·mol－1＝5.6 L。
4
4.(2018·全国卷Ⅰ,28)采用N2O5为硝化剂是一种新型的绿色硝化技术,在含能材料、医药等工业中得到广泛应用。回答下列问题：
(1)1840年Devil用干燥的氯气通过干燥的硝酸银,得到N2O5。该反应的氧化产物是一种气体,其分子式为________。
(2)F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25 ℃时N2O5(g)分解反应：
2N2O5(g)―→4NO2(g)＋O2(g)
2N2O4(g)
其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t 的变化如下表所示[t＝∞时,N2O5(g)完全分解]：
t/min p/kPa
①已知：2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g) ΔH1＝－4.4 kJ·mol1 2NO2(g)===N2O4(g) ΔH2＝－55.3 kJ·mol1
1－则反应N2O5(g)===2NO2(g)＋O2(g)的ΔH＝________kJ·mol1。
2
－－
②研究表明,N2O5(g)分解的反应速率v＝2×103×pN2O5kPa·min1。t＝62 min时,测得体系中－pO2＝2.9 kPa,则此时pN2O5＝__________kPa,v＝________kPa·min1。
－
－
0 35.8 40 40.3 80 42.5 160 45.9 260 49.2 1 300 61.2 1 700 62.3 ∞ 63.1 ③若提高反应温度至35 ℃,则N2O5(g)完全分解后体系压强p∞(35 ℃)________63.1 kPa(填“大于”“等于”或“小于”),原因是_____________________________________ ________________________________________________________________________。 ④25 ℃时N2O4(g)
2NO2(g)反应的平衡常数Kp＝________kPa(Kp为以分压表示的平衡常
数,计算结果保留1位小数)。
(3)对于反应2N2O5(g)―→4NO2(g)＋O2(g),R.A.Ogg提出如下反应历程： 第一步 N2O5
NO2＋NO3 快速平衡
第二步 NO2＋NO3―→NO＋NO2＋O2 慢反应
第三步 NO＋NO3―→2NO2 快反应
其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确的是______(填标号)。 A.v(第一步的逆反应)>v(第二步反应) B.反应的中间产物只有NO3
C.第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效 D.第三步反应活化能较高
答案 (1)O2 (2)①53.1 ②30.0 6.0×102 ③大于 温度提高,体积不变,总压强提高；NO2二聚为放热反应,温度提高,平衡左移,体系气体物质的量增加,总压强提高 ④13.4 (3)AC 解析 (1)Cl2与AgNO3反应生成N2O5,还应该有AgCl,氧化产物是一种气体,则该气体为O2。 (2)①令2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g) ΔH1＝－4.4 kJ·mol－1 a 2NO2(g)===N2O4(g) ΔH2＝－55.3 kJ·mol－1 b 1
根据盖斯定律,a式×－b式可得：
2
1
N2O5(g)===2NO2(g)＋O2(g) ΔH＝53.1 kJ·mol－1。
2
②由方程式2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)可知,62 min时,pO2＝2.9 kPa,则减小的N2O5为5.8 kPa,此时pN2O5＝35.8 kPa－5.8 kPa＝30.0 kPa,则v(N2O5)＝2×10－3×30.0 kPa·min－1＝6.0×10－2 kPa·min－1。
④时间无限长时N2O5完全分解,故由2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)知,此时生成的pNO2＝2pN2O5＝2×35.8 kPa＝71.6 kPa,pO2＝0.5×35.8 kPa＝17.9 kPa。由题意知,平衡时体系的总压强为63.1 kPa,则平衡体系中NO2、N2O4的压强和为63.1 kPa－17.9 kPa＝45.2 kPa,设N2O4的压强为x kPa,则 N2O4(g)
2NO2(g)
－
初始压强/kPa 0 71.6 转化压强/kPa x 2x 平衡压强/kPa x 71.6－2x
p2?NO2?则x＋(71.6－2x)＝45.2,解得x＝26.4,71.6 kPa－26.4 kPa×2＝18.8 kPa,Kp＝＝
p?N2O4??18.8 kPa?2
≈13.4 kPa。
26.4 kPa
(3)第一步反应快速平衡,说明正、逆反应速率很大,极短时间内即可达到平衡,A项正确；第二步反应慢,说明有效碰撞次数少,C项正确；由题给三步反应可知,反应的中间产物有NO3和NO,B项错误；反应快,说明反应的活化能较低,D项错误。
5.(2018·全国卷Ⅲ,28)三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。回答下列问题： (1)SiHCl3在常温常压下为易挥发的无色透明液体,遇潮气时发烟生成(HSiO)2O等,写出该反应的化学方程式____________________________________________________。 (2)SiHCl3在催化剂作用下发生反应： 2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g) ΔH1＝48 kJ·mol1
3SiH2Cl2(g)===SiH4(g)＋2SiHCl3(g) ΔH2＝－30 kJ·mol1
则反应4SiHCl3(g)===SiH4(g)＋3SiCl4(g)的ΔH为________kJ·mol1。
(3)对于反应2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g),采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂,在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。
－
－－
①343 K时反应的平衡转化率α＝_______%。平衡常数K343K＝________(保留2位小数)。 ②在343 K下：要提高SiHCl3转化率,可采取的措施是______________；要缩短反应达到平衡的时间,可采取的措施有____________、____________。
③比较a、b处反应速率大小：va________vb(填“大于”“小于”或“等于”)。反应速率v＝v正－v逆＝k正x2SiHCl－k逆xSiH32Cl2xSiCl4,k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数,x为物质的量
v正
分数,计算a处的＝____________(保留1位小数)。
v逆答案 (1)2SiHCl3＋3H2O===(HSiO)2O＋6HCl
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