Question

【题目】红磷P(s)和Cl2(g)发生反应生成PCl3(g)和PCl5(g)。根据已知信息回答下列问题：

(1)已知：P和Cl2分两步反应生成1mol PCl5的热化学方程式：

P(s)+3/2Cl2(g)PCl3(g) △H1＝-306kJ/mol

Cl2(g)+PCl3(g)PCl5(g) △H2＝-93kJ/mol

①P和Cl2一步反应生成1molPCl5的△H3＝______________ kJ/mol。

②工业上制备PCl5通常也分两步进行，通常将P和Cl2反应生成中间产物PCl3，然后降温，再和Cl2反应生成PCl5,原因是____________________________________________。

③PCl5与足量水充分反应，最终生成两种酸，其中一种是P的最高价含氧酸，其化学方程

式是________________________________________________________。

(2)反应PCl3(g)+Cl2(g)PCl5(g)在容积为10L的密闭容器中进行。起始时PCl3和Cl2均为0.2mol，反应在不同条件下进行，反应体系总压强随时间的变化如图所示。

温馨提示：同温同容下的气体，压强之比就等于物质的量之比

①已知实验b平衡时气体的总物质的量为0.30mol，计算实验b反应开始至达到平衡时的反应速率v(PCl5)＝_______________,PCl3的平衡转化率为__________________。

②图中3组实验从反应开始至达到平衡时的反应速率v(PCl5)由小到大的次序为____(填实验序号)；与实验a相比，c组改变的实验条件是升高温度，判断依据是_________，若α表示PCl3的平衡转化率，实验a和c的平衡转化率：αa______αc(填“<”或“>”)；b组改变的实验条件是加入了催化剂，判断依据是_______________________________。

③用p0表示开始时总压强，p表示平衡时总压强，则α(表示PCl3的平衡转化率)的表达式为____(用p0，p表示)。

Answer 1

【答案】﹣399 kJ/mol 两步反应均为放热反应，降低温度有利于提高产率，防止产物分解 PCl5+4H2O=H3PO4+5HCl v(PCl 5)=2.5×10﹣4molL﹣1min﹣1 50% acb 温度升高．反应速率加快，但平衡点向逆反应方向移动(或反应容器的容积和起始物质的量未改变，但起始总压强增大) αa >αc 加入催化剂．反应速率加快，但平衡点没有改变 2(1﹣P/P0)×100%

【解析】

（1）①根据盖斯定律，P和Cl2分两步反应和一步反应生成PCl5的△H应该是相等的，P和Cl2分两步反应生成1molPCl5的热化学方程式：P（s）+3/2Cl2（g）═PCl3（g） △H1=-306 kJ/mol；Cl2（g）+PCl3（g）═PCl5（g） △H2=-93 kJ/mol；所以P和Cl2一步反应生成1molPCl5的△H3=-306kJ/mol+（-93kJ/mol）=-399kJ/mol，故答案为：-399kJ/mol。

②P和Cl2反应生成中间产物PCl3以及三氯化磷和氯气反应生成五氯化磷这两步反应均为放热反应，生成三氯化磷后降温，再和Cl2反应生成PCl5，这样有利于提高产率，防止产物分解，故答案为：两步反应均为放热反应，降温有利于提高产率，防止产物分解。

③PCl5与足量水充分反应，最终生成两种酸：磷酸和盐酸，由原子守恒可知化学方程式为PCl5+4H2O═H3PO4+5HCl，故答案为：PCl5+4H2O═H3PO4+5HCl。

（2）①气体压强之比等于气体物质的量之比，结合化学平衡三段式列式计算，设反应的氯气物质的量为x。

PCl3（g）+Cl2（g）PCl5（g）

起始量（mol） 0.2 0.2 0

变化量（mol） x x x

平衡量（mol） 0.2-x 0.2-x x

根据图象分析可知实验b气体压强160变化为120，40min达到平衡状态，气体压强之比等于气体物质的量之比，0.4：（0.4-x）=160：120，解得x=0.1mol，实验b从反应开始至达到平衡时的反应速率v（PCl5）=△c/△t==2.5×10-4mol/L·min，PCl3的平衡转化率为×100%=50%，故答案为：2.5×10-4mol/L·min，50%。

②分析图象可知达到平衡状态的时间不同，时间越短反应速率越快，图中3组实验从反应开始至达到平衡时的反应速率v（PCl5）由小到大的次序a＜c＜b，与实验a相比，b和a达到相同平衡状态，但时间不同，b组改变的实验条件及判断依据是加入了催化剂改变了反应速率；c混合气体压强增大，达到平衡时间缩短，c的反应速率比a大，但平衡转化率小于a，因此改变的条件是升高温度，反应速率大但转化率降低；ab是相同平衡状态，PCl3（g）的平衡转化率相同，反应是放热反应，c是升温，平衡逆向进行，转化率减小，αa、αc分别表示实验a和c中PCl3（g）的平衡转化率，比较其相对大小为：αa＞αc，故答案为：acb；温度升高，反应速率加快，但平衡点向逆反应方向移动(或反应容器的容积和起始物质的量未改变，但起始总压强增大)；αa >αc；加入催化剂．反应速率加快，但平衡点没有改变。

③由反应关系可知，反应后体系减小的体积等于生成PCl5的体积，也等于消耗PCl3的体积，，解得：α=2(1﹣P/P0)×100%，故答案为：2(1﹣P/P0)×100%。