Question

3．為處理氯甲烷生產(chǎn)企業(yè)的副產(chǎn)物CCl₄，以減少其對(duì)臭氧層的破壞．化學(xué)家研究在催化條件下，通過反應(yīng)CCl₄+H₂?CHCl₃+HCl△H＜O，使CCl₄轉(zhuǎn)化為重要的化工原料氯仿（CHCl₃）．已知CCl₄的沸點(diǎn)為77℃，CHCl₃的沸點(diǎn)為61.2℃．在密閉容器中，該反應(yīng)達(dá)到平衡后，測(cè)得如下數(shù)據(jù)．

實(shí)驗(yàn)序號(hào)	溫度℃	初始CCl4濃度（mol•L-1）	初始H2濃度（mol•L-1）	CCl4的轉(zhuǎn)化率
1	110	1	1	50%
2	100	1	1	x
3	110	0.8	y	60%

（1）實(shí)驗(yàn)1中，10h后反應(yīng)達(dá)到平衡，則從反應(yīng)開始至達(dá)到平衡狀態(tài)，H₂的平均反應(yīng)速率為
0.06mol•L^-1•h^-1．在此實(shí)驗(yàn)的平衡體系中，再加入0.5mol CCl₄和0.5mol HCl，平衡將怎樣移動(dòng)？向右移動(dòng) （填“向左移動(dòng)”、“向右移動(dòng)”、“不移動(dòng)”或“無法確定”）．
（2）實(shí)驗(yàn)2中，x為B（填字母）．
A．等于50%        B．大于50%       C．小于50%      D．無法確定
（3）實(shí)驗(yàn)3中的y為0.8．
（4）在100℃條件下，能說明反應(yīng)CCl₄+H₂?CHCl₃+HCl△H＜O達(dá)到平衡狀態(tài)的是D（填字母）．
A．壓強(qiáng)不再變化
B．生成HCl的速率和消耗H₂的速率相等
C．混合氣體的密度不變
D．H₂的質(zhì)量不再變化
（5）用電解法處理高濃度重鉻酸鈉廢水具有效果穩(wěn)定可靠，操作管理
簡(jiǎn)單，設(shè)備占地面積小，廢水中的重金屬離子也能通過電解有所降
低等優(yōu)點(diǎn)，其原理是鐵作電極，在酸性條件下，將Cr⁶⁺還原為Cr³⁺，
其裝置示意圖如圖所示．
①若以甲醚燃料電池為直流電源（電解質(zhì)溶液為KOH溶液），則燃料電池中b極應(yīng)通入甲醚，a極的電極反應(yīng)為13O₂+52e^-=26O^2-．
②能否用銅作電解重鉻酸鈉廢水的電極？不能（填“能”或“不能”），理由是銅做陽極時(shí)銅失電子為銅離子，銅離子不能與+6價(jià)鉻發(fā)生氧化還原反應(yīng)反應(yīng)得到+3價(jià)鉻
③除去重鉻酸根離子的離子反應(yīng)是Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O．

Answer 1

分析 （1）利用圖表數(shù)據(jù)結(jié)合化學(xué)三行計(jì)算，反應(yīng)速率v=$\frac{△c}{△t}$，計(jì)算此時(shí)的平衡常數(shù)和濃度商比較平淡反應(yīng)進(jìn)行的方向；
（2）實(shí)驗(yàn)2和實(shí)驗(yàn)1相比，起始量相同，升溫平衡向吸熱反應(yīng)方向進(jìn)行，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，則升溫平衡逆向進(jìn)行，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率減�。�
（3）依據(jù)（1）計(jì)算的平衡常數(shù)結(jié)合化學(xué)平衡三行計(jì)算列式計(jì)算，
（4）已知CCl₄的沸點(diǎn)為77℃，CHCl₃的沸點(diǎn)為61.2℃．在100℃條件下，是氣體，CCl₄+H₂?CHCl₃+HCl△H＜O，反應(yīng)是氣體體積不變的放熱反應(yīng)，當(dāng)正逆反應(yīng)速率相同時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，各組分含量保持不變，據(jù)此分析選項(xiàng)；
（5）①據(jù)電解池的陰陽極可知，a為燃料電池的正極，氧氣在正極反應(yīng)，b為負(fù)極，甲醚在負(fù)極反應(yīng)，b極為負(fù)極，通入甲醚；a極為正極，正極反應(yīng)為：13O₂+52e^-=26O^2-；
②不能用銅作陽極，銅做陽極時(shí)銅失電子為銅離子，銅離子不能與+6價(jià)鉻發(fā)生氧化還原反應(yīng)反應(yīng)得到+3價(jià)鉻；
③在酸性條件下，亞鐵離子將+6價(jià)的Cr還原為+3價(jià)的Cr，離子方程式為Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；

解答 解：（1）實(shí)驗(yàn)Ⅰ依據(jù)圖表數(shù)據(jù)列式計(jì)算，CCl₄+消耗量=0.8×60%=0.48
                    CCl₄+H₂?CHCl₃+HCl
起始量（mol/L）     1     1     0     0
變化量（mol/L）    0.6   0.6    0.6   0.6
平衡量（mol/L）    0.4   0.4    0.6   0.6
10h后反應(yīng)達(dá)到平衡，則從反應(yīng)開始至達(dá)到平衡狀態(tài)，H₂的平均反應(yīng)速率V=$\frac{0.6mol/L}{10h}$=0.06mol/L•h，
K=$\frac{0.6×0.6}{0.4×0.4}$=$\frac{9}{4}$=2.25，反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變，可以用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算，設(shè)條件為1L，
Q=$\frac{0.6×（0.6+0.5）}{（0.4+0.5）×0.4}$=$\frac{11}{6}$=1.83＜K=2.25，反應(yīng)正向進(jìn)行，平衡向右移動(dòng)，
故答案為：向右移動(dòng)；
（2）實(shí)驗(yàn)2和實(shí)驗(yàn)1相比，起始量相同，升溫平衡向吸熱反應(yīng)方向進(jìn)行，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，則升溫平衡逆向進(jìn)行，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率減小，x＞50%，選B，
故答案為：B；
（1）實(shí)驗(yàn)3和實(shí)驗(yàn)1溫度相同，平衡常數(shù)相同，結(jié)合平衡三行計(jì)算列式計(jì)算，
                  CCl₄+H₂ ?CHCl₃+HCl
起始量（mol/L） 0.8     y        0     0
變化量（mol/L） 0.48   0.48     0.48  0.48
平衡量（mol/L） 0.32  y-0.48   0.48  0.48
K=$\frac{0.48×0.48}{0.32（y-0.48）}$=$\frac{9}{4}$
y=0.8
故答案為：0.8；
（4）已知CCl₄的沸點(diǎn)為77℃，CHCl₃的沸點(diǎn)為61.2℃．在100℃條件下，是氣體，CCl₄+H₂?CHCl₃+HCl△H＜O，反應(yīng)是氣體體積不變的放熱反應(yīng)，
A．反應(yīng)前后氣體體積不變，壓強(qiáng)始終不變化，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B．生成HCl的速率和消耗H₂的速率相等只能說明反應(yīng)正向進(jìn)行，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；
C．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量和體積不變，混合氣體的密度始終不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；
D．H₂的質(zhì)量不再變化，說明氫氣濃度不變是平衡標(biāo)志，故D正確；
故答案為：D．
（5）①據(jù)電解池的陰陽極可知，a為燃料電池的正極，氧氣在正極反應(yīng)，b為負(fù)極，甲醚在負(fù)極反應(yīng)，b極為負(fù)極，通入甲醚；a極為正極，正極反應(yīng)為：13O₂+52e^-=26O^2-，
故答案為：甲醚，13O₂+52e^-=26O^2-；
②不能用銅作電解重鉻酸鈉廢水的電極，銅做陽極時(shí)銅失電子為銅離子，銅離子不能與+6價(jià)鉻發(fā)生氧化還原反應(yīng)反應(yīng)得到+3價(jià)鉻，
故答案為：不能；銅做陽極時(shí)銅失電子為銅離子，銅離子不能與+6價(jià)鉻發(fā)生氧化還原反應(yīng)反應(yīng)得到+3價(jià)鉻；
③在酸性條件下，亞鐵離子將+6價(jià)的Cr還原為+3價(jià)的Cr，離子方程式為Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，故答案為：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡的影響因素分析、化學(xué)平衡的計(jì)算應(yīng)用、燃料電池的反應(yīng)原理以及電解池的相關(guān)知識(shí)，題目難度中等，注意電極反應(yīng)式的書寫．