Question

氯及其化合物在生活和生产中应用广泛。

(1)已知：900 K时，4HCl(g)+O₂(g)2Cl₂(g)+2H₂O(g)，反应自发。

①该反应是放热还是吸热，判断并说明理由______________________________________。

②900 K时，体积比为4：l的HCl和O₂在恒温恒容的密闭容器中发生反应，HCl的平衡转化率α(HCl) 随压强(P)变化曲线如图。保持其他条件不变，升温到T K(假定反应历程不变)，请画出压强在1.5×l0⁵～4.5×10⁵Pa范围内，HCl的平衡转化率α(HCl)随压强(P)变化曲线示意图_________。

(2)已知：Cl₂(g)+2NaOH(aq)==NaCl(aq)+NaClO(aq)+H₂O(l)  △H_l=―102 kJ·mol^-1

3Cl₂(g)+6NaOH(aq)==5NaCl(aq)+NaClO₃(aq)+3H₂O(1)  △H₂=―422 kJ·mol^—1

①写出在溶液中NaClO分解生成NaClO₃的热化学方程式_____________________。

②用过量的冷NaOH溶液吸收氯气，制得NaClO溶液(不含NaClO₃)，此时ClO^―的浓度为c₀ mol·L^-1；加热时NaClO转化为NaClO₃，测得t时刻溶液中ClO^―浓度为c_t mol·L^-1，写出该时刻溶液中Cl^―浓度的表达式；c(Cl^―)=_________ mol·L^-1 (用c₀、c_t表示)

③有研究表明，生成NaClO₃的反应分两步进行：

I、2ClO^―=ClO₂^―+Cl^―

II、ClO₂^―+ClO^―=ClO₃^―+Cl^―

常温下，反应II能快速进行，但氯气与NaOH溶液反应很难得到NaClO₃，试用碰撞理论解释其原因：_______________________________。

(3)电解NaClO₃水溶液可制备NaClO₄。在电解过程中由于阴极上吸附氢气，会使电解电压升高，电解效率下降。为抑制氢气的产生，可选择合适的物质(不引入杂质)，写出该电解的总化学方程式________________________________________。

Answer

放热，△S＜0，反应自发满足△H-T△S＜0 3NaClO（aq）=2NaCl（aq）+NaClO3（aq）△H=-116kJ/mol (5c0-2ct)/3 反应Ⅰ的活化能高，活化分子百分数低，不利于ClO-向ClO3-转化 2NaClO3+O22NaClO4

【解析】（1）①反应自发进行的判断依据是△H-T△S＜0；

②根据温度、压强对平衡状态的影响分析判断；

（2）①盖斯定律计算NaClO分解生成NaClO3的热化学方程式；

②氯气和氢氧化钠生成氯离子，次氯酸钠分解生成氯离子，溶液中氯离子为二者总和；

③根据活化能对反应的影响分析；

（3）为抑制氢气的产生，可选择合适的物质氧气和氢气反应生成水。

（1）①900 Κ时，4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)的△S＜0，反应自发满足△H-T△S＜0，△H＜0；

②900K时，体积比为4：1的HCl和O2在恒温恒容的密闭容器中发生反应，HCl的平衡转化率α（HCl）随压强（P）变化曲线如图。保持其他条件不变，升温到T K，平衡逆向进行，HCl转化率减小，随压强增大平衡正向进行，HCl转化率增大，据此画出图象为；

（2）①已知：

Ⅰ、Cl2(g)+2NaOH(aq)==NaCl(aq)+NaClO(aq)+H2O(l) △Hl=―102 kJ·mol-1

Ⅱ、3Cl2(g)+6NaOH(aq)==5NaCl(aq)+NaClO3(aq)+3H2O(1) △H2=―422 kJ·mol—1

根据盖斯定律可知Ⅱ-Ⅰ×3得到NaClO分解生成NaClO3的热化学方程式：3NaClO（aq）=2NaCl（aq）+NaClO3（aq）△H=-116kJ/mol；

②用过量的冷NaOH溶液吸收氯气，制得NaClO溶液（不含NaClO3），此时ClO-的浓度为c0 mol•L-1，则Cl2（g）+2NaOH（aq）=NaCl（aq）+NaClO（aq）+H2O（l）反应中生成氯离子浓度为c0 mol•L-1，加热时NaClO转化为NaClO3，测得t时刻溶液中ClO-浓度为ct mol·L-1，反应的次氯酸钠浓度=c0 mol•L-1-ct mol·L-1

3NaClO（aq）=NaClO3（aq）+2NaCl（aq）

3 2

c0 mol•L-1-ct mol·L-1 2(c0 mol•L-1-ct mol·L-1)/3

该时刻溶液中Cl-浓度的表达式：c0 mol•L-1+2(c0 mol•L-1-ct mol·L-1)/3=(5c0-2ct)/3 mol·L-1；

③常温下，反应II能快速进行，但氯气与NaOH溶液反应很难得到NaClO3，说明反应进行决定于反应Ⅰ，反应Ⅰ的活化能高，活化分子百分数低，不利于ClO-向ClO3-转化；

（3）电解NaClO3水溶液可制备NaClO4，在电解过程中由于阴极上吸附氢气，会使电解电压升高，电解效率下降。为抑制氢气的产生，可选择合适的物质氧气和氢气反应生成水，该电解池中电解的化学方程式为：2NaClO3+O22NaClO4。