Question

用Cl₂生產某些含氯有機物時會產生副產物HCl。利用反應A，可實現氯的循環利用。
反應A：4HCl＋O₂2Cl₂＋2H₂O
(1)已知：ⅰ.反應A中，4 molHCl被氧化，放出115.6 kJ的熱量。
ⅱ.

①H₂O的電子式是________。
②反應A的熱化學方程式是______________________________________。
③斷開1 mol H—O鍵與斷開1 mol H—Cl鍵所需能量相差約為________kJ，H₂O中H—O鍵比HCl中H—Cl鍵(填“強”或“弱”)________。
(2)對于反應A，下圖是在4種投料比[n(HCl)：n(O₂)，分別為1：1、2：1、4：1、6：1]下，反應溫度對HCl平衡轉化率影響的曲線。

①曲線b對應的投料比是________。
②當曲線b、c、d對應的投料比達到相同的HCl平衡轉化率時，對應的反應溫度與投料比的關系是______________________________。
③投料比為2：1、溫度為400℃時，平衡混合氣中Cl₂的物質的量分數是________。

Answer 1

②4HCl(g)＋O₂(g)2Cl₂(g)＋2H₂O(g)
ΔH＝－115.6 kJ/ mol
③32　強
(2)①4：1
②投料比越高，對應的反應溫度越低
③30.8%

(1)③設H—O鍵的鍵能為x，H—Cl鍵的鍵能為y，則有－115.6＝－2×243－4x＋4y＋498，化簡得x－y＝31.9，即斷開1 mol H—O鍵與斷開1 mol H—Cl鍵所需能量相差約為32 kJ，H₂O中H—O鍵比HCl中H—Cl鍵強。
(2)①同一溫度下，O₂的濃度越大，HCl的平衡轉化率越高，故曲線a、d分別對應n(HCl)：n(O₂)為6：1、1：1的情況，曲線b對應的投料比是4：1。
②在圖上作一平行于溫度軸的直線與曲線b、c、d相交，可以看出，當不同投料比下HCl的平衡轉化率相同時，曲線b對應的溫度最低，曲線d對應的溫度最高。則可得出結論：投料比越高，對應的反應溫度越低。
③此時HCl的平衡轉化率為80%。設反應開始時n(HCl)＝2a  mol，n(O₂)＝a mol。
4HCl(g)＋O₂(g)2Cl₂(g)＋2H₂O(g)
起始   2a mol   a mol      0       0
轉化  1.6a mol  0.4a mol  0.8a mol  0.8a mol
平衡  0.4a mol  0.6a mol  0.8a mol  0.8a mol
則平衡混合氣體中Cl₂的物質的量分數是
 ×100%≈30.8%。