Question

用Cl₂生产某些含氯有机物时会产生副产物HCl。利用反应A，可实现氯的循环利用。

反应A：4HCl＋O₂2Cl₂＋2H₂O

(1)已知：ⅰ.反应A中， 4 mol HCl被氧化，放出115.6 kJ的热量。

ⅱ.

①H₂O的电子式是________。

②反应A的热化学方程式是___________________________________________________________________。

③断开1 mol HO键与断开 1 mol HCl键所需能量相差约为________kJ，H₂O中HO键比HCl中HCl键(填“强”或“弱”)________。

(2)对于反应A，下图是在4种投料比[n(HCl)∶n(O₂)，分别为1∶1、2∶1、4∶1、6∶1]下，反应温度对HCl平衡转化率影响的曲线。

①曲线b对应的投料比是________。

②当曲线b、c、d对应的投料比达到相同的HCl平衡转化率时，对应的反应温度与投料比的关系是________。

③投料比为2∶1、温度为400 ℃时，平衡混合气中Cl₂的物质的量分数是________。

Answer 1

【解析】　(1)①H₂O为共价化合物，其电子式为HH。②根据4 mol HCl被氧化放出115.6 kJ的热量，又结合反应条件为400℃，故其热化学方程式为4HCl(g)＋O₂(g)2Cl₂(g)＋2H₂O(g)　ΔH＝－115.6 kJ/mol。③根据②的热化学反应方程式和O₂、Cl₂的键能可知，断裂4 mol HCl键与1 mol OO键需吸收的能量比生成2 mol ClCl键和4 mol OH键放出的能量少115.6 kJ，故4 mol OH键的键能比4 mol Cl－H键的键能大：115.6 kJ＋498 kJ－2×243 kJ＝127.6 kJ，故断开1 mol HO键与断开1 mol HCl键所需能量相差约为127.6 kJ÷4≈32 kJ；根据OH键键能大于HCl键键能可知，OH键比HCl键强。

(2)①根据O₂越多HCl的转化率越大，可知a、b、c、d曲线的投料比分别为6∶1、4∶1、2∶1、1∶1。②根据曲线可知，当b、c、d曲线HCl达到相同转化率时，投料比越高，对应的反应温度越低。

③设n(HCl)＝2 mol，n(O₂)＝1 mol，根据反应曲线可知，当温度为400℃时，HCl的转化率为80%，则有：

4HCl　＋　O₂2Cl₂　＋　2H₂O　　

开始：　2 mol　　　1 mol　　　0　　　　　0

变化：　1.6 mol　　0.4 mol　 0.8 mol　0.8 mol

平衡：　0.4 mol　　0.6 mol　 0.8 mol　0.8 mol

因此平衡混合气中Cl₂的物质的量分数是

×100%≈30.8%。

【答案】　(1)①HH

②4HCl(g)＋O₂(g)2Cl₂(g)＋2H₂O(g)　ΔH＝－115.6 kJ/mol　③32　强

(2)①4∶1　②投料比越高，对应的反应温度越低　③30.8%