Question

研究发现，反应CCl₄(g)＋H₂(g)CHCl₃(g)＋HCl(g) ，可使CCl₄(沸点77 ℃)转化为重要的化工原料CHCl₃(沸点61.2 ℃)，可减少其对臭氧层的破坏。（已知：该反应的副反应会生成CH₂Cl₂、CH₃Cl和CH₄等）

(1)CH₄与Cl₂反应时，每生成1molCCl₄(g)或1molCHCl₃(g)的焓变分别是△H₁和△H₂；H₂在Cl₂中燃烧，每生成1molHCl(g)产生的焓变为△H₃，则：CCl₄(g)＋H₂(g)CHCl₃(g)＋HCl(g)的△H=_____(用含有△H₁、△H₂和△H₃的算式表示）

(2)在密闭容器中，CCl₄＋H₂CHCl₃＋HCl达到平衡状态后，测得如下数据(假设不考虑副反应)。

实验序号	温度/℃	初始CCl4浓度/(mol·L^-^1)	初始H2浓度/(mol·L^-^1)	CCl4的平衡转化率
1	110	0.8	1.2	α1
2	110	1	1	50%
3	100	1	1	α3

①实验1中，CCl₄的转化率α₁_____50%(填“大于”“小于”或“等于”)。

②实验2中，反应进行到10h时达到平衡，在这10h内，H₂的平均反应速率为_____mol· L^-1·min^-1。

③110 ℃时，该反应的化学平衡常数的数值为________。

④实验3中，α₃的值________。

A. 等于50%  B.大于50%  C.小于50%  D.依题所给信息无法判断

(3)120 ℃时，分别进行H₂的初始浓度为2 mol·L^－1和4 mol·L^－1的实验（其他条件相同）。测得CCl₄的消耗百分率(x%，实线)和生成物中CHCl₃的百分含量(y%，虚线)随时间(t)的变化关系如图。

①图中表示H₂起始浓度为2mol·L^-1CHCl₃的百分含量的变化曲线是____(填字母)。

②依图可知，有利于提高CCl₄的消耗百分率和产物中CHCl₃的百分含量H₂的起始浓度应该为________mol·L^-1。

Answer

△H2-△H1+2△H3 大于 0.00083 1 D d 4

【解析】

(1)由题意知，CH4(g)+4Cl2(g)= CCl4(g)+4HCl(g) △H1 ①

CH4(g)+3Cl2(g)= CHCl3(g)+3HCl(g) △H2 ②

H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g) 2△H3 ③

将②-①+③，即可求出CCl4(g)＋H2(g)CHCl3(g)＋HCl(g)的△H；

(2)① 实验1中，当H2的初始浓度为0.8mol/L时，CCl4的转化率为50%，现增大H2的浓度为1.2mol，平衡正向移动，CCl4的转化率增大，从而得出CCl4的转化率α1与50%的关系；

②实验2中，

反应进行到10h时达到平衡，在这10h内，H2的平均反应速率为；

③110 ℃时，该反应的化学平衡常数的数值为；

④与实验2进行比较，可认为实验3是在实验2的基础上完成的，由于不知反应的焓变，所以无法确定降温平衡移动的方向；

(3)① 由反应知，增大H2的初始浓度，CCl4的消耗百分率增大，CHCl3的百分含量增大，由此可确定图中表示H2起始浓度为2mol·L-1CHCl3的百分含量的变化曲线；

②依图可知，H2浓度越大，越有利于提高CCl4的消耗百分率和产物中CHCl3的百分含量，由此可得出H2的起始浓度。

(1)由题意知，CH4(g)+4Cl2(g)= CCl4(g)+4HCl(g) △H1 ①

CH4(g)+3Cl2(g)= CHCl3(g)+3HCl(g) △H2 ②

H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g) 2△H3 ③

将②-①+③，即可求出CCl4(g)＋H2(g)CHCl3(g)＋HCl(g)的△H=△H2-△H1+2△H3；

(2)① 实验1中，当H2的初始浓度为0.8mol/L时，CCl4的转化率为50%，现增大H2的浓度为1.2mol，平衡正向移动，CCl4的转化率增大，从而得出CCl4的转化率α1大于50%；

②实验2中，

反应进行到10h时达到平衡，在这10h内，H2的平均反应速率为=0.00083mol· L-1·min-1；

③110 ℃时，该反应的化学平衡常数的数值为=1；

④与实验2进行比较，可认为实验3是在实验2的基础上完成的，由于不知反应的焓变，所以无法确定降温平衡移动的方向，答案为：D；

(3)① 由反应知，减小H2的初始浓度，CCl4的消耗百分率减小，CHCl3的百分含量减小，由此可确定图中表示H2起始浓度为2mol·L-1时CHCl3的百分含量的变化曲线为d；

②依图可知，H2浓度越大，越有利于提高CCl4的消耗百分率和产物中CHCl3的百分含量，由此可得出H2的起始浓度为4mol·L-1。