《2025年步步高大二轮专题复习化学》

3. [2024·黑吉辽，18(1)(2)(3)(4)(5)]为实现氯资源循环利用，工业上采用$RuO_{2}$催化氧化法处理$HCl$废气：$2HCl(g)+\frac{1}{2}O_{2}(g)\rightleftharpoons Cl_{2}(g)+H_{2}O(g)$ $\Delta H_{1}=-57.2\ kJ\cdot mol^{-1}$ $\Delta S$ $K$。将$HCl$和$O_{2}$分别以不同起始流速通入反应器中，在$360\ ^{\circ}C$、$400\ ^{\circ}C$和$440\ ^{\circ}C$下反应，通过检测流出气成分绘制$HCl$转化率（$\alpha$）曲线，如下图所示(较低流速下转化率可近似为平衡转化率)。

回答下列问题：
(1)$\Delta S$____________$0$（填“$＞$”或“$＜$”）；$T_{3}=$____________$^{\circ}C$。
(2)结合以下信息，可知$H_{2}$的燃烧热$\Delta H=$____________$kJ\cdot mol^{-1}$。
$H_{2}O(l)\xlongequal{\;\;}H_{2}O(g)$ $\Delta H_{2}=+44.0\ kJ\cdot mol^{-1}$
$H_{2}(g)+Cl_{2}(g)\xlongequal{\;\;}2HCl(g)$ $\Delta H_{3}=-184.6\ kJ\cdot mol^{-1}$
(3)下列措施可提高$M$点$HCl$转化率的是____________（填标号）。
A. 增大$HCl$的流速
B. 将温度升高$40\ ^{\circ}C$
C. 增大$n(HCl):n(O_{2})$
D. 使用更高效的催化剂
(4)图中较高流速时，$\alpha(T_{3})$小于$\alpha(T_{2})$和$\alpha(T_{1})$，原因是______________________________。
(5)设$N$点的转化率为平衡转化率，则该温度下反应的平衡常数$K=$____________（用平衡物质的量分数代替平衡浓度计算）。

答案： 3.
(1)＜ 360
(2)-285.8
(3)BD
(4)反应未达平衡时，流速过快，反应物分子来不及在催化剂表面接触而发生反应，导致转化率下降，同时，$$T_{3}$$温度低，反应速率低，故单位时间内氯化氢的转化率低
(5)6
解析
(1)$$2HCl(g)+\frac{1}{2}O_{2}(g) \rightleftharpoons Cl_{2}(g)+H_{2}O(g)$$反应后气体分子数目减小，该反应$$\Delta S ＜ 0$$；该反应为放热反应，由于在流速较低时的转化率视为平衡转化率，在流速低的时候，温度越高，$$HCl$$的转化率越小，由图像可知，$$T_{1}$$代表的温度为440℃，$$T_{3}$$为360℃。
(2)根据盖斯定律可得反应$$H_{2}(g)+\frac{1}{2}O_{2}(g) = H_{2}O(l)$$的$$\Delta H=\Delta H_{1}+\Delta H_{3}-\Delta H_{2}=-57.2 kJ \cdot mol^{-1}-184.6 kJ \cdot mol^{-1}-44.0 kJ \cdot mol^{-1}=-285.8 kJ \cdot mol^{-1}$$，即氢气的燃烧热$$\Delta H=-285.8 kJ \cdot mol^{-1}$$。
(3)增大$$HCl$$的流速，由图像可知，$$HCl$$的转化率减小，A不符合题意；M点对应的温度为360℃，由图像可知，温度升高40℃为400℃时，$$HCl$$的转化率增大，B符合题意；增大$$n(HCl):n(O_{2})$$，$$HCl$$的转化率减小，C不符合题意；M点时，反应未达到平衡，使用高效催化剂，可以增加该温度下的反应速率，使单位时间内$$HCl$$的转化率增加，D符合题意。
(5)由图像可知，N点$$HCl$$的平衡转化率为80%，设起始$$n(HCl)=n(O_{2}) = 4 mol$$，可列出三段式：
　　　　　　　$$2HCl(g)+\frac{1}{2}O_{2}(g) \rightleftharpoons Cl_{2}(g)+H_{2}O(g)$$
起始量/mol　　4　　　　　4　　　　　　0　　　　0
变化量/mol　　3.2　　　　0.8　　　　　1.6　　　1.6
平衡量/mol　　0.8　　　　3.2　　　　　1.6　　　1.6
则$$K=\frac{\frac{1.6}{7.2} \times \frac{1.6}{7.2}}{(\frac{0.8}{7.2})^{2} \times (\frac{3.2}{7.2})^{\frac{1}{2}}}=6$$。