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14.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/mol.L-1的浓度 |
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2 mol.L-1的实验消耗CCl4的百分率变化曲线的是________(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_______________________。
答案 (1)K= 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K=。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的平衡转化率为60%,大于50%。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4 mol.L-1。