Question

为妥善处理氯甲烷生产企业的副产物CCl₄，以减少其对臭氧层的破坏。化学家研究在催化剂作用下，通过下列反应：CCl₄+H₂CHCl₃ + HCl使CCl₄转化为重要的化工原料氯仿(CHCl₃)。此反应伴随有副反应，会生成CH₂Cl₂、CH₃Cl和CH₄ 等。已知CCl₄的沸点为77℃，CHCl₃的沸点为61.2℃。

(1)在密闭容器中，该反应达到平衡状态后，测得如下数据(假设不考虑副反应)。

实验序号	温度 /℃	初始CCl4的浓度 /(mol • L﹣1)	初始H2的浓度/(mol • L﹣1)	CCl4的平衡转化率
1	110	0.8	1.2	A
2	110	1	1	50%
3	100	1	1	B

①此反应的化学平衡常数表达式为___________，在110℃时平衡常数为_____________。

②实验1中，CCl₄的转化率A____________50%(填”大于”“小于”或”等于”)。

③实验2中，10 h后达到平衡，H₂的平均反应速率为________________。

④实验3中，B的值____________(填序号)。

A.等于50%   B.大于50%

C.小于50%   D.从本题资料无法判断

(2)120℃时，在相同条件的密闭容器中，分别进行H₂ 的初始浓度为2 mol • L^﹣1和4 mol • L^﹣1的实验，测得反应消耗CCl₄的百分率(x%)和生成物中CHCl₃的百分含量(y%)随时间(t)的变化关系如图(图中实线是消耗CCl₄的百分率变化曲线，虚线是产物中CHCl₃的百分含量变化曲线)。

①在图中的四条线中，表示H₂的起始浓度为2mol • L^﹣1的实验消耗CCl₄的百分率变化曲线是___________(填序号)。

②根据上图曲线，氢气的起始浓度为___________mol • L^﹣1时，有利于提高CCl₄的平衡转化率和产物中CHCl₃的百分含量。你判断的依据是___________。

Answer 1

【答案】(1)     1  ②大于③0.05 mol • L^﹣1 • h^﹣1   ④D

(2)①c    ②4    从图中可见，4 mol • L^﹣1的a、b曲线比2 mol • L^﹣1的c、d曲线的CCl₄的转化率和产物中CHCl₃的百分含量的数值都高

【解析】(1)因CCl₄的沸点为77℃ ，CHCl₃的沸点为61.2℃，所以在110℃或100℃时反应中各物质的状态均为气态，其平衡常数 110℃时，由实验2可知反应中各物质的平衡浓度均为0.5 mol • L^﹣1，代入表达式计算得平衡常数为1。实验1和实验2的反应温度相同，所以其平衡常数相同，利用平衡常数相等，可以求出实验1中CCl₄的平衡转化率，然后与50%比较；对于实验3，因温度不同，又不知该反应的热效应，所以无法判断转化率的大小。

(2)由图像可知，氢气的浓度越大反应速率越快，消耗CCl₄的百分率变化就越快，相反就比较慢，所以H₂的起始浓度为2 mol • L^﹣1时，消耗CCl₄的百分率变化曲线是c，CCl₄的平衡转化率和产物中CHCl₃的百分含量均得到提高的是a和b此时氢气的浓度为4mol • L^﹣1。