《2025年5年高考3年模拟高中化学全一册人教B版》

17.(2024黑、吉、辽，18，13分)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：
${2HCl(g) + \frac{1}{2}O_{2}(g)\longrightleftharpoons Cl_{2}(g) + H_{2}O(g)}$ $\Delta H_{1}=-57.2\ kJ\cdot mol^{-1}$ $\Delta S$ $K$
将${HCl}$和${O_{2}}$分别以不同起始流速通入反应器中，在360 ℃、400 ℃和440 ℃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“＜”）；$T_{3}=$_______℃。
(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 ℃
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）。
(6)负载在${TiO_{2}}$上的${RuO_{2}}$催化活性高，稳定性强。${TiO_{2}}$和${RuO_{2}}$的晶体结构均可用下图表示，二者晶胞体积近似相等，${RuO_{2}}$与${TiO_{2}}$的密度比为1.66，则${Ru}$的相对原子质量为_______（精确至1）。

答案： 答案　
(1)＜　360
(2)-285.8
(3)BD
(4)温度低，反应速率慢，HCl的转化率低
(5)6
(6)101
解析　
(1)题给反应为气体分子数减小的反应，则ΔS＜0；根据题意可知较低流速时，HCl的转化率可视为平衡转化率，题给反应为放热反应，降低温度，HCl的平衡转化率升高，根据题图1、2可知，T₃=360°C、T₂=400°C、T₁=440°C。
(2)表示H₂燃烧热的热化学方程式为H₂(g)+$\frac{1}{2}$O₂(g)=H₂O(l)　ΔH，根据盖斯定律，得ΔH=ΔH₃+ΔH₁ - ΔH₂=(-184.6kJ·mol⁻¹)+(-57.2kJ·mol⁻¹)-44.0kJ·mol⁻¹=-285.8kJ·mol⁻¹。
(3)A项，由题图1可知，提高HCl流速，HCl的转化率降低，错误；B项，根据题图1可知，HCl流速为0.17mol·h⁻¹时，将温度从360°C升高至400°C，HCl的转化率升高，正确；C项，增大n(HCl)：n(O₂)，相当于HCl的量变多，O₂的量变少，HCl的转化率降低，错误；D项，使用更高效的催化剂，会加快反应速率，单位时间内的HCl转化量增大，可提高M点HCl转化率，正确。
(5)根据题图2中的N点坐标可知，HCl的平衡转化率为80%，设起始时HCl和O₂的物质的量均为4mol，转化的HCl为4mol×80%=3.2mol，列三段式：
　　　　　2HCl(g)+$\frac{1}{2}$O₂(g)⇌Cl₂(g)+H₂O(g)
起始量/mol　4　　　　　4　　　　　　0　　　　0
转化量/mol　3.2　　　　0.8　　　　　1.6　　　1.6
平衡量/mol　0.8　　　　3.2　　　　　1.6　　　1.6
K=$\frac{\frac{1.6}{7.2}×\frac{1.6}{7.2}}{(\frac{0.8}{7.2})²×(\frac{3.2}{7.2})^{\frac{1}{2}}}$=6。
(6)由于TiO₂和RuO₂的晶体结构均可用题图表示，且二者晶胞体积近似相等，则TiO₂和RuO₂的密度之比等于其摩尔质量之比，则有$\frac{M(RuO₂)}{M(TiO₂)}$=$\frac{ρ(RuO₂)}{ρ(TiO₂)}$=1.66，设Ru的相对原子质量为a，则$\frac{a + 32}{80}$=1.66，解得a≈101。