Question

5．将1mol氧气和一定量的HCl放入2L的密闭容器中，在一定条件下发生反应：4HCl+O₂?2Cl₂+2H₂O（g）．5分钟后反应达到平衡，将容器中的混合气体通过过量NaOH溶液，消耗NaOH 2.0mol；再将剩余气体干燥后通过焦性没食子酸的碱性溶液吸收O₂，溶液增重19.2g．
请回答下列问题：
（1）写出平衡时，混合气体通入NaOH溶液中所发生反应的离子方程式：H⁺+OH^-=H₂O；Cl₂+OH^-=Cl^-+ClO-+H₂O．
（2）计算0～5分钟时，Cl₂的平均生成速率是0.08mol•L^-1•min^-1．
（3）平衡时HCl的转化率是80%，平衡时混合气体总的物质的量是2.6mol．
（4）已知：H-CI的键能是431kJ/mol，O=O的键能是497kJ/mol，CI-CI的键能是243kJ/mol，H-O的键能是463kJ/mol，则该反应的反应热△H=-117 kJ/mol．

Answer 1

分析 混合气体通过过量NaOH溶液，消耗NaOH 2.0mol，根据钠原子守恒可知n（NaCl）+n（NaClO）=0.2mol，再根据氯原子守恒可知原来HCl的物质的量n（HCl）=0.2mol．将剩余气体干燥后通过焦性没食子酸的碱性溶液吸收O₂，溶液增重19.2g为反应剩余的氧气的质量，
（1）为可逆反应，混合气体中有HCl、Cl₂等，HCl与NaOH溶液反应，生成氯化钠与水．Cl₂与NaOH溶液反应，生成氯化钠、次氯酸钠与水；
（2）根据剩余氧气的质量，计算出生成的氯气的物质的量，再根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（Cl₂）；
（3）根据剩余氧气的质量，计算出参加反应的氯化氢的物质的量，再根据转化率计算；根据反应消耗氧气的物质的量利用差量法计算平衡时混合气体总的物质的量；
（4）根据焓变△H=反应物总键能-生成物总键能计算该反应的焓变．

解答 解：反应为可逆反应，混合气体中有HCl、Cl₂等，混合气体通过过量NaOH溶液，HCl与NaOH溶液反应，生成氯化钠与水．Cl₂与NaOH溶液反应，生成氯化钠、次氯酸钠与水．共消耗NaOH 2.0mol，根据钠原子守恒可知n（NaCl）+n（NaClO）=2mol，根据氯原子守恒可知原来HCl的物质的量n（HCl）=2mol，
将剩余气体干燥后通过焦性没食子酸的碱性溶液吸收O₂，溶液增重19.2g为反应剩余的氧气的质量，所以剩余氧气的物质的量为：$\frac{19.2g}{32g/mol}$=0.6mol，
（1）混合气体中有HCl、Cl₂等，HCl与NaOH溶液反应，生成氯化钠与水，离子方程式为：H⁺+OH^-=H₂O；
Cl₂与NaOH溶液反应，生成氯化钠、次氯酸钠与水，反应离子方程式为Cl₂+OH^-=Cl^-+ClO-+H₂O；
故答案为：H⁺+OH^-=H₂O；Cl₂+OH^-=Cl^-+ClO-+H₂O；
（2）4HCl+O₂ ?2Cl₂ +2H₂O
开始（mol）：2       1         0         0
变化（mol）：1.6  1-0.6=0.4      0.8  0.8  
所以5分钟内，Cl₂的平均生成速率为：v（Cl₂）=$\frac{\frac{0.8mol}{2L}}{5min}$=0.08 mol•L^-1•min^-1，
故答案为：0.08 mol•L^-1•min^-1，
（3）反应前HCl的总物质的量为：n（HCl）=2mol，由（2）可知参加反应的氯化氢的物质的量为1.6mol，则氯化氢的转化率为：$\frac{1.6mol}{2mol}$×100%=80%；
根据分析可知平衡时剩余氧气的物质的量为0.6mol，反应消耗氧气的物质的量为：1mol=0.6mol=0.4mol，
4HCl+O₂?2Cl₂+2H₂O（g）△n
          1                                1
        0.4mol                       0.4mol
平衡时气体减少物质的量为：n=0.4mol，所以平衡时气体总物质的量为：1mol+2mol-0.4mol=2.6mol，
故答案为：80%；2.6mol；
（4）H-Cl的键能是431kJ/mol，O=O的键能是497kJ/mol，Cl-Cl的键能是243kJ/mol，H-O的键能是463kJ/mol，
反应4HCl+O₂?2Cl₂+2H₂O（g）的焓变△H=反应物总键能-生成物总键能=431kJ/mol×4+497kJ/mol-243kJ/mol×2-463kJ/mol×4=-117kJ/mol，
故答案为：-117．

点评 本题考查较为综合，涉及反应热、转化率化学反应速率的计算、离子方程式书写等知识，题目难度中等，明确化学反应速率、转化率的概念及表达式即可解答，注意掌握反应热与键能的关系，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．