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【题目】研究发现,反应CCl4(g)+H2(g)CHCl3(g)+HCl(g) ,可使CCl4(沸点77 ℃)转化为重要的化工原料CHCl3(沸点61.2 ℃),可减少其对臭氧层的破坏。(已知:该反应的副反应会生成CH2Cl2、CH3Cl和CH4等)

(1)CH4与Cl2反应时,每生成1molCCl4(g)或1molCHCl3(g)的焓变分别是△H1和△H2;H2在Cl2中燃烧,每生成1molHCl(g)产生的焓变为△H3,则:CCl4(g)+H2(g)CHCl3(g)+HCl(g)的△H=_____(用含有△H1、△H2和△H3的算式表示)

(2)在密闭容器中,CCl4+H2CHCl3+HCl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浓度/(mol·L-1)

初始H2浓度/(mol·L-1)

CCl4的平衡转化率

1

110

0.8

1.2

α1

2

110

1

1

50%

3

100

1

1

α3

①实验1中,CCl4的转化率α1_____50%(填“大于”“小于”或“等于”)。

②实验2中,反应进行到10h时达到平衡,在这10h内,H2的平均反应速率为_____mol· L-1·min-1。

③110 ℃时,该反应的化学平衡常数的数值为________。

④实验3中,α3的值________。

A. 等于50% B.大于50% C.小于50% D.依题所给信息无法判断

(3)120 ℃时,分别进行H2的初始浓度为2 mol·L-1和4 mol·L-1的实验(其他条件相同)。测得CCl4的消耗百分率(x%,实线)和生成物中CHCl3的百分含量(y%,虚线)随时间(t)的变化关系如图。

①图中表示H2起始浓度为2mol·L-1CHCl3的百分含量的变化曲线是____(填字母)。

②依图可知,有利于提高CCl4的消耗百分率和产物中CHCl3的百分含量H2的起始浓度应该为________mol·L-1。

【答案】△H2-△H1+2△H3 大于 0.00083 1 D d 4

【解析】

(1)由题意知,CH4(g)+4Cl2(g)= CCl4(g)+4HCl(g) △H1 ①

CH4(g)+3Cl2(g)= CHCl3(g)+3HCl(g) △H2 ②

H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g) 2△H3 ③

将②-①+③,即可求出CCl4(g)+H2(g)CHCl3(g)+HCl(g)的△H;

(2)① 实验1中,当H2的初始浓度为0.8mol/L时,CCl4的转化率为50%,现增大H2的浓度为1.2mol,平衡正向移动,CCl4的转化率增大,从而得出CCl4的转化率α1与50%的关系;

②实验2中,

反应进行到10h时达到平衡,在这10h内,H2的平均反应速率为;

③110 ℃时,该反应的化学平衡常数的数值为;

④与实验2进行比较,可认为实验3是在实验2的基础上完成的,由于不知反应的焓变,所以无法确定降温平衡移动的方向;

(3)① 由反应知,增大H2的初始浓度,CCl4的消耗百分率增大,CHCl3的百分含量增大,由此可确定图中表示H2起始浓度为2mol·L-1CHCl3的百分含量的变化曲线;

②依图可知,H2浓度越大,越有利于提高CCl4的消耗百分率和产物中CHCl3的百分含量,由此可得出H2的起始浓度。

(1)由题意知,CH4(g)+4Cl2(g)= CCl4(g)+4HCl(g) △H1 ①

CH4(g)+3Cl2(g)= CHCl3(g)+3HCl(g) △H2 ②

H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g) 2△H3 ③

将②-①+③,即可求出CCl4(g)+H2(g)CHCl3(g)+HCl(g)的△H=△H2-△H1+2△H3;

(2)① 实验1中,当H2的初始浓度为0.8mol/L时,CCl4的转化率为50%,现增大H2的浓度为1.2mol,平衡正向移动,CCl4的转化率增大,从而得出CCl4的转化率α1大于50%;

②实验2中,

反应进行到10h时达到平衡,在这10h内,H2的平均反应速率为=0.00083mol· L-1·min-1;

③110 ℃时,该反应的化学平衡常数的数值为=1;

④与实验2进行比较,可认为实验3是在实验2的基础上完成的,由于不知反应的焓变,所以无法确定降温平衡移动的方向,答案为:D;

(3)① 由反应知,减小H2的初始浓度,CCl4的消耗百分率减小,CHCl3的百分含量减小,由此可确定图中表示H2起始浓度为2mol·L-1时CHCl3的百分含量的变化曲线为d;

②依图可知,H2浓度越大,越有利于提高CCl4的消耗百分率和产物中CHCl3的百分含量,由此可得出H2的起始浓度为4mol·L-1。

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