Question

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。请回答：

(1)如图表示在CuO存在下HCl催化氧化的反应过程，则总反应的化学方程为______。

(2)研究HCl催化氧化反应中温度、和等因素对HCl转化率的影响，得到如下实验结果：

①利用Na₂S₂O₃溶液和KI溶液测定反应生成Cl₂的物质的量，若消耗V₁mLc₁mol·L^-1的Na₂S₂O₃溶液，则生成Cl₂____________mol(已知2S₂O+I₂=S₄O+2I^-)。

②表示催化剂的质量与HCl(g)流速之比，是衡量反应气体与催化剂接触情况的物理量。当=4、=50g·min·mol^-1时，每分钟流经1g催化剂的气体体积为_____L(折算为标准状况下)。

③在420℃、=3、=200g·min·mol^-1条件下，α(HCl)为33.3%，则O₂的反应速率为_______mol·g^-1·min^-1。

④比较在下列两种反应条件下O₂的反应速率：v_Ⅰ_______v_Ⅱ(填“＞”“=”或“＜”)。

Ⅰ.410℃、=3、=350g·min·mol^-1；

Ⅱ.390℃、=4、=350g·min·mol^-1。

(3)在101.325kPa时，以含N₂的HCl和O₂的混合气体测定不同温度下HCl催化氧化反应中HCl的平衡转化率，得到如图结果

①360℃时反应的平衡常数K₃₆₀与400℃时反应的平衡常数K₄₀₀之间的关系是K₃₆₀_________K₄₀₀。(填“＞”“=”或“＜”)。

②一定温度下随着的增大，HCl的平衡转化率_______(填“增大”“减小”或“不变”)，原因为___________________。

Answer

2HCl(g)+O2(g)=H2O(g)+Cl2(g) ∆H=∆H1+∆H2+∆H3 c1V1×10-3 0.56 ＞ ＞ 减小 随着增大，N2含量增大，HCl(g)、O2(g)、H2O(g)和Cl2(g)的浓度均使反应体系的浓度商Q＞K，平衡逆向移动，α(HCl)减小

【解析】

(1)根据盖斯定律计算总反应焓变；

(2)根据的单位可知HCl的流速是指单位时间内气流中HCl的物质的量，所以的倒数即1min流经1g催化剂的HCl的物质的量，据此分析作答；

(3)据图可知当一定时，温度越高HCl的转化率越小，所以正反应为放热反应；增大，也就是单位时间内通过单位质量的催化剂的HCl和O2的量减少。

(1)根据盖斯定律，不管化学反应是一步完成还是分几步完成，其反应热都是相同的，由图1可知热化学方程式为2HCl(g)+O2(g)=H2O(g)+Cl2(g)∆H=∆H1+∆H2+∆H3；

(2)①根据题中离子方程式2S2O32-+I2=S4O+2lˉ，Cl2氧化Iˉ的离子方程式为Cl2+2Iˉ=2Clˉ+I2，可以得到如下关系式：2S2O32-～I2～Cl2，n(Cl2)=n(S2O32-)=c1V1×10-3mol；

②当=50g·min·mol-1时，每分钟流经1g催化剂的HCl为mol，=4，所以每分钟流经1g催化剂的O2为mol，总气体的物质的量为，体积为=0.56L；

③=200g·min·mol-1时α(HCl)为33.3%，则v(HCl)=×33.3%mol•g-1•min-1，根据化学方程式HCl和O2反应的比例为4：1，v(O2)=v(HCl)=××33.3%mol•g-1•min-1=mol•g-1•min-1；

④根据第③题的计算过程可知，当相同时，HCl的转化率越大，反应速率越大，据图可知410℃、=3的情况下HCl的转化率较大，所以vI＞vⅡ；

(3)①由图可知，当相同时，温度越高HCl平衡转化率越小，说明该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，K值减小，则K360＞K400；

②一定温度下随着增大，通过催化剂的混合气体中HCl和O2量变小，N2的量变大，相当于反应物和生成物的浓度同时变小相同倍数，根据浓度商Qc=，若各物质浓度变小相同倍数时，会使Qc大于K，此时平衡逆向移动，HCl的平衡转化率减小。