Question

15．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．化学家研究在催化条件下，通过下列反应，使CCl₄转化为重要的化工原料氯仿（CHCl₃）．CCl₄+H₂?CHCl₃+HCl
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℃．
在密闭容器中，该反应达到平衡后，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	1	1.2	A
2	110	1	1	50%
3	100	1	1	B

（1）此反应在110℃时平衡常数为1．
（2）实验l中，CCl₄的转化率A大于50%（填“大于”、“小于”或“等于”）．
（3）实验3中，B的值D（选填序号）．
A．等于50%  B．大于50%    C．小于50%D．从本题资料，无法判断
（4）120℃，在相同条件的密闭容器中，分别进行H₂的初始浓度为2mol•L^-1和4mol•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）．在图中的四条线中，表示H₂起始浓度为2mol•L^-1实验的消耗CCl₄的百分率变化曲线是c（选填序号）．

Answer 1

分析 （1）实验2中110℃平衡时CCl₄的平衡转化率为50%，则其浓度变化量为0.5mol/L，则：
               CCl₄（g）+H₂（g）?CHCl₃（g）+HCl（g）
起始浓度（mol/L）：1       1      0        0
变化浓度（mol/L）：0.5     0.5    0.5      0.5
平衡浓度（mol/L）：0.5     0.5    0.5      0.5
再根据K=$\frac{c（CHC{l}_{3}）×c（HCl）}{c（CC{l}_{4}）×c（{H}_{2}）}$计算平衡常数；
（2）实验l中等效为在实验2平衡的基础上再加入0.2mol氢气，平衡正向移动，CCl₄的转化率大于实验2中的转化率；
（3）实验3等效为在实验2的基础上降低温度，由于不知道反应是吸热反应，还是放热反应，不能确定降低温度平衡移动方向；
（4）氢气浓度越大反应越快，消耗CCl₄的百分率变化就越快，相反就比较慢．

解答 解：（1）①因CCl₄的沸点为77℃，CHCl₃的沸点为61.2℃，所以在110℃或100℃反应时各物质均为气态，110℃时，实验2达到平衡，CCl₄的转化率为50%，则其浓度变化量为0.5mol/L，则：
               CCl₄（g）+H₂（g）?CHCl₃（g）+HCl（g）
起始浓度（mol/L）：1       1      0        0
变化浓度（mol/L）：0.5     0.5    0.5      0.5
平衡浓度（mol/L）：0.5     0.5    0.5      0.5
平衡常数K=$\frac{c（CHC{l}_{3}）×c（HCl）}{c（CC{l}_{4}）×c（{H}_{2}）}$=$\frac{0.5×0.5}{0.5×0.5}$=1，
故答案为：1；
（2）实验l中等效为在实验2平衡的基础上再加入0.2mol氢气，平衡正向移动，CCl₄的转化率大于实验2中的转化率，即实验l中，CCl₄的转化率＞50%，故答案为：大于；
（3）实验3等效为在实验2的基础上降低温度，由于不知道反应是吸热反应，还是放热反应，不能确定降低温度平衡移动方向，所以无法判断转化率的大小，故答案为：D；
（4）由图象可知，氢气浓度越大反应越快，消耗CCl₄的百分率变化就越快，相反就比较慢，所以H₂起始浓度为2mol/L时，消耗CCl₄的百分率变化曲线是c，故答案为：c．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、化学平衡常数计算等，难度中等，注意掌握三段式计算与平衡常数的应用．