《2025年学霸高考黑题化学人教版》

(2025·广西柳州三模)PCl₃、PCl₅常用于制造农药等，磷在氯气中燃烧生成这两种卤化磷。回答下列问题：
(1)已知：P₄(s)+6Cl₂(g)⇌4PCl₃(l) ΔH=-a kJ·mol⁻¹。若Cl-Cl的键能为b kJ·mol⁻¹、P-Cl的键能为c kJ·mol⁻¹，则P-P的键能为$\frac{12c - a - 6b}{6}$kJ·mol⁻¹。
(2)温度为T时，向2.0 L恒容密闭容器中充入1.0 mol PCl₅(g)，发生反应PCl₅(g)⇌PCl₃(g)+Cl₂(g)，经过一段时间后达到平衡。反应过程中测定的部分数据见下表：
①反应在前50 s的平均反应速率v(PCl₅)=$1.6×10^{-3}$mol·L⁻¹·s⁻¹。
②下列描述中能表明该反应已达到平衡状态的是BD(填字母)。
A. 混合气体的密度不变 B. 混合气体的平均相对分子质量不变
C. v正(PCl₅)=v正(PCl₃) D. 混合气体的压强不变
(3)实验测得PCl₃(g)+Cl₂(g)⇌PCl₅(g)的速率方程为v=k·cⁿ(PCl₃)·cᵐ(Cl₂)(k为速率常数，只与温度、活化能有关)，速率常数k与活化能的经验关系式为Rlnk=-Eₐ/T+C(R、C为常数，Eₐ为活化能，T为热力学温度)。

①一定温度下，向密闭容器中充入适量PCl₃(g)和Cl₂(g)，实验测得在催化剂Cat1、Cat2作用下，Rlnk与1/T的关系如图甲所示。催化效能较高的是$Cat2$(填“Cat1”或“Cat2”)，判断依据是$Cat2$对应直线斜率更小活化能更低。
②将2 mol PCl₃(g)和1 mol Cl₂(g)充入体积不变的密闭容器中，一定条件下发生上述反应，达到平衡时，PCl₅(g)为a mol；如果此时继续充入2 mol PCl₃(g)和1 mol Cl₂(g)，相同温度下再达到平衡时PCl₅(g)的物质的量为x。则x为D(填字母)。
A. x=a mol B. a mol＜x＜2a mol C. x=2a mol D. x＞2a mol
(4)向恒容密闭容器中按n(PCl₃):n(Cl₂)=1:1的投料比投入PCl₃(g)和Cl₂(g)，发生反应：PCl₃(g)+Cl₂(g)⇌PCl₅(g)。不同条件下反应体系总压强(p)随时间(t)的变化如图乙所示。
①相对曲线b，曲线c改变的条件可能是加入催化剂。
②曲线c条件(恒温恒容)下，反应PCl₃(g)+Cl₂(g)⇌PCl₅(g)的压强平衡常数Kₚ=$0.025$或$\frac{1}{40}$kPa⁻¹。

答案： 巩固训练2
(1)$\frac{12c - a - 6b}{6}$　
(2)①$1.6×10^{-3}$　②BD　
(3)①$Cat2$　$Cat2$对应直线斜率更小活化能更低　②D　
(4)①加入催化剂　②$0.025$或$\frac{1}{40}$
解析:
(1)$P_{4}$是正四面体可知$P_{4}$中含有$6$个$P—P$键，设$P—P$的键能为$x$，用键能计算反应，则反应热=反应物键能总和 - 产物键能总和，即$-a = 6x + 6b - 12c$，解得$x = \frac{12c - a - 6b}{6}$。
(2)①化学反应速率之比等于对应化学计量数之比，反应在前$50s$的平均反应速率$v(PCl_{3}) = \frac{1mol - 0.84mol}{2L×50s} = 1.6×10^{-3}mol·L^{-1}·s^{-1}$；②反应前后气体总质量不变、容器体积不变，密度是恒量，混合气体的密度不变，反应不一定达到平衡状态，A错误；反应前后气体计量数之和不同，混合气体的平均相对分子质量是变量，混合气体的平均相对分子质量不变，反应一定达到平衡状态，B正确；当$v_{正}(PCl_{5}) = v_{逆}(PCl_{3})$都是正反应速率，当其相等时，不能证明反应达到平衡，C错误；反应前后气体计量数之和不同，容器体积不变，压强是变量，混合气体的压强不变，反应一定达到平衡状态，D正确。
(3)$2.0molPCl_{3}$和$1.0molCl_{2}$充入体积不变的密闭容器中，在一定条件下发生下述反应:$PCl_{3}(g)+Cl_{2}(g)\rightleftharpoons PCl_{5}(g)$达平衡时$PCl_{5}$为$a mol$，如果此时再加入$2.0molPCl_{3}$和$1.0molCl_{2}$，若不考虑压强影响，则又会产生$PCl_{5}$为$a mol$，但是加入反应物，即增大了体系的压强，根据平衡移动原理，增大体系的压强，平衡向气体体积减小的正反应方向移动，所以在相同温度下再达平衡时$PCl_{5}$的物质的量大于$a mol + a mol = 2a mol$。
(4)设起始加入的三氯化磷和氯气的物质的量都是$1mol$，转化的三氯化磷的物质的量为$xmol$，
$PCl_{3}(g)+Cl_{2}(g)\rightleftharpoons PCl_{5}(g)$
初始/mol　　　1　　　　　1　　　　　　　0
转化/mol　　x　　　　　x　　　　　　　x
平衡/mol　　1−x　　　　1−x　　　　　　x
压强之比等于气体物质的量之比，则$\frac{1 + 1}{2 - x} = \frac{160kPa}{120kPa}$，解得:$x = 0.5$，则此时三种物质的物质的量相等，故$p(Cl_{2}) = p(PCl_{3}) = p(PCl_{5}) = 120kPa×\frac{1}{3} = 40kPa$，$K_{p} = \frac{p(PCl_{5})}{p(Cl_{2})·p(PCl_{3})} = 0.025kPa^{-1}$。