Question

【题目】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＋H2 CHCl3＋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的浓度 (mol·L－1)	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_____________。

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·L1时，有利于提高CCl4的平衡转化率和产物中CHCl3的百分含量。

Answer 1

【答案】K=c(CHCl3)c(HCl)/[c(CCl4)c(H2)] 大于 0.05 mol·L－1·h－1 D c 4

【解析】

(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，根据平衡常数的表达式书写；

②110℃时，由实验2可知反应中各物质的平衡浓度均为0.5mol/L，代入表达式计算得平衡常数；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，然后与50%比较；

③根据v=计算v(H2)；

④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)①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，据此判断；

②根据图像分析判断出氢气的浓度对CCl4的平衡转化率和产物中CHCl3的百分含量的影响再判断。

(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，CCl4＋H2 CHCl3＋HCl的平衡常数K=，故答案为：；

②110℃时，实验2中，10h后达到平衡，CCl4的转化率为50%，

CCl4(g)+H2(g)CHCl3(g)+HCl(g)，

起始(mol/L)： 1 1 0 0

变化(mol/L)：0.5 0.5 0.5 0.5

平衡(mol/L)：0.5 0.5 0.5 0.5

则平衡常数K==1，

实验1中，设平衡时四氯化碳的浓度变化量为amol/L，则：

CCl4(g)+H2(g)CHCl3(g)+HCl(g)，

起始(mol/L ) 0.8 1.2 0 0

反应(mol/L ) a a a a

平衡(mol/L) 0.8-a 1.2-a a a

则=1，解得a=0.48，则CCl4的转化率为×100%=60%＞50%，故答案为：大于；

③由②中计算可知，平衡时氢气的浓度变化量为0.5mol/L，则v(H2)==0.05mol/(Lh)，故答案为：0.05mol/(Lh)；

④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，故答案为：D；

(2)①由图像可知，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；

②由图像可知，a、b表示氢气的浓度为4mol/L的曲线，c、d表示氢气的浓度为2mol/L的曲线，从图中可见，4mol/L的a、b曲线比2mol/L的c、d曲线CCl4转化率和产物中CHCl3的百分率的数值均高，即氢气的起始浓度为4mol·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，故答案为：4。