Question

【题目】随着化工产业的迅猛发展，氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。请按要求回答下列问题：

（1）HCl直接氧化法制Cl2可按下列催化过程进行：

CuCl2(s)=CuCl(s)+1/2Cl2(g) ΔH1 = +83 kJ·mol-1

CuCl(s)+1/2O2(g)=CuO(s)+1/2Cl2(g) ΔH2 = -20 kJ·mol-1

CuO(s)+2HCl(g)=CuCl2(s)+H2O(g) ΔH3 = -121 kJ·mol-1

写出HCl直接氧化法制Cl2的热化学方程式：____________________________。

（2）在恒定容器中用上述HCl直接氧化法制Cl2，进料c(HCl) ∶c(O2)分别为1:1、4:1、7:1时，HCl平衡转化率随温度变化的关系如下图所示：

①判断图中c(HCl) /c(O2) = 1:1的曲线为________。

②按化学计量系数比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料时c(HCl)/c(O2)过低、过高的不利影响分别是____________、________。

③综合上述信息，写出在一定温度的条件下进一步提高HCl的转化率的方法： ________________________________________。

④观察上图，以任何一条曲线为例，平衡常数K(200℃)________K(300℃)（填“大于”、“小于”或“等于”）。

⑤设O2初始浓度为c，计算L2对应K(300℃) =____________（列出含c的计算式）。

（3）科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如下图所示：

①电源b极为____________极。

②写出阳极区域反应方程式：________________________________________。

③电路中转移1 mol电子时，阳极产生气体体积为__________________L（标准状况）。

Answer 1

【答案】4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2O(g)　ΔH = 116 kJ·mol-1 L1 O2和Cl2分离能耗较高 HCl转化率较低 增加反应体系压强或及时分离出产物 大于 正 2HCl2e=Cl2↑+2H+ 11.2

【解析】

（1）根据盖斯定律，将三个已知的热化学方程式相加即得到目标方程式，目标方程式的焓变等于三个已知方程式的焓变和，相应的热化学方程式为4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH=116kJ·mol-1；

（2）①根据热化学方程式可知，反应物中HCl的占比较高，反应的速率较快，但由于O2为固定值，则HCl的转化率会下降，故L1为1:1条件下的曲线，L2为4:1条件下的曲线，L3为7:1条件下的曲线；

②若比值过低，将反应物和产物分离需要的能耗较高；若比值过高，HCl的转化率较低；

③增大压强平衡正向移动，有助于提高HCl的转化率；减小生成物浓度平衡正向移动，也可提高HCl的转化率，适当降低温度平衡向放热反应即正反应方向进行，有助于提高HCl的转化率；

④当温度升高平衡转化率降低，平衡向逆反应方向移动，反应物浓度升高生成物浓度降低，平衡常数K减小，故K(200℃)大于K(300℃)；

⑤300℃时，L2比例HCl的转化率为88%，

反应动平衡常数K==；

（3）①根据电池示意图，右侧HCl失去电子生成Cl2，为电解池的阳极，故电源b为正极；

②阳极区的电极方程式为2HCl-2e-=Cl2↑+2H+；

③根据阳极的电极方程式，电路中转移1mol电子，反应生成0.5mol Cl2，在标准状况下为11.2L。