题目
为实现氯资源循环利用，工业上采用RuO2催化氧化法处理HCl废气：2HCl（g）+(1)/(2)O2（g）⇌Cl2（g）+H2O（g）ΔH1=-57.2kJ•mol-1ㅤΔSㅤK将HCl和O2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（α）曲线，如图所示（较低流速下转化率可近似为平衡转化率）。90 90-|||-80 量 70 (0.10,80)-|||-80-|||-N-|||-70-|||-60 M →T3^2-|||-(HCl):n((O)_(2))=4:3 60-|||-(HCl):n((O)_(2))=4:4 -o-T2-|||-(0.17,61)-|||-0.18 0.14 0.10 0.06 0.18 0.14 0.10 0.06-|||-HCl流速 /(molcdot (h)^-1) HCl流速/(mol·h^(-1))-|||-图1 图2回答下列问题：（1）ΔS ____ 0（填“＞”或“＜”）；T3= ____ ℃。（2）结合以下信息，可知H2的燃烧热ΔH= ____ kJ•moJ-1。H2O（l）═H2O（g）ㅤㅤΔH2=+44.0kJ•mol-1H2（g）+Cl2（g）═2HCl（g）ㅤㅤΔH3=-184.6kJ•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（O2）D.使用更高效的催化剂（4）图中较高流速时，a（T3）小于a（T2）和α（T1），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TiO2上的RuO2催化活性高，稳定性强。TiO2和RuO2的晶体结构均可用如图表示，二者晶胞体积近似相等，RuO2与TiO2的密度比为1.66，则Ru的相对原子质量为 ____ （精确至1）。90 90-|||-80 量 70 (0.10,80)-|||-80-|||-N-|||-70-|||-60 M →T3^2-|||-(HCl):n((O)_(2))=4:3 60-|||-(HCl):n((O)_(2))=4:4 -o-T2-|||-(0.17,61)-|||-0.18 0.14 0.10 0.06 0.18 0.14 0.10 0.06-|||-HCl流速 /(molcdot (h)^-1) HCl流速/(mol·h^(-1))-|||-图1 图2
为实现氯资源循环利用，工业上采用RuO2催化氧化法处理HCl废气：
2HCl（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）⇌Cl2（g）+H2O（g）ΔH1=-57.2kJ•mol-1ㅤΔSㅤK
将HCl和O2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（α）曲线，如图所示（较低流速下转化率可近似为平衡转化率）。
回答下列问题：
（1）ΔS ____ 0（填“＞”或“＜”）；T3= ____ ℃。
（2）结合以下信息，可知H2的燃烧热ΔH= ____ kJ•moJ-1。
H2O（l）═H2O（g）ㅤㅤΔH2=+44.0kJ•mol-1
H2（g）+Cl2（g）═2HCl（g）ㅤㅤΔH3=-184.6kJ•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（O2）
D.使用更高效的催化剂
（4）图中较高流速时，a（T3）小于a（T2）和α（T1），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TiO2上的RuO2催化活性高，稳定性强。TiO2和RuO2的晶体结构均可用如图表示，二者晶胞体积近似相等，RuO2与TiO2的密度比为1.66，则Ru的相对原子质量为 ____ （精确至1）。
2HCl（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）⇌Cl2（g）+H2O（g）ΔH1=-57.2kJ•mol-1ㅤΔSㅤK
将HCl和O2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（α）曲线，如图所示（较低流速下转化率可近似为平衡转化率）。
回答下列问题：
（1）ΔS ____ 0（填“＞”或“＜”）；T3= ____ ℃。
（2）结合以下信息，可知H2的燃烧热ΔH= ____ kJ•moJ-1。
H2O（l）═H2O（g）ㅤㅤΔH2=+44.0kJ•mol-1
H2（g）+Cl2（g）═2HCl（g）ㅤㅤΔH3=-184.6kJ•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（O2）
D.使用更高效的催化剂
（4）图中较高流速时，a（T3）小于a（T2）和α（T1），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TiO2上的RuO2催化活性高，稳定性强。TiO2和RuO2的晶体结构均可用如图表示，二者晶胞体积近似相等，RuO2与TiO2的密度比为1.66，则Ru的相对原子质量为 ____ （精确至1）。
题目解答
答案
解：（1）反应2HCl（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）⇌Cl2（g）+H2O（g）是气体分子数减小的放热反应，则ΔS＜0，升高温度时平衡逆向移动，反应物的转化率降低，即温度越高，HCl的平衡转化率越低，且较低流速下转化率可近似为平衡转化率，则图1中T3=360℃、T2=400℃、T1=440℃，
故答案为：＜；360；
（2）H2燃烧的化学方程式为H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）=H2O（l），①2HCl（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）⇌Cl2（g）+H2O（g）ΔH1=-57.2kJ•mol-1，②H2O（l）═H2O（g）ΔH2=+44.0kJ•mol-1，③H2（g）+Cl2（g）═2HCl（g）ΔH3=-184.6kJ•mol-1，根据盖斯定律：①-②+③计算H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）=H2O（l）的焓变ΔH=-57.2kJ•mol-1-（+44.0kJ•mol-1）+（-184.6kJ•mol-1）=-285.8kJ/mol，
故答案为：-285.8；
（3）A.M点没有达到平衡状态，由图1可知，增大HCl的流速，HCl转化率降低，故A错误；
B.T2=400℃，由图1可知，其他条件相同时400℃的HCl转化率大于360℃的HCl转化率，则将温度升高40℃时可提高M点HCl转化率，故B正确；
C.对比图1、2可知，其他条件相同时降低n（HCl）：n（O2），可提高M点HCl转化率，则增大n（HCl）：n（O2）时降低了M点HCl转化率，故C错误；
D.M点没有达到平衡状态，使用更高效的催化剂，反应速率加快，可提高M点HCl转化率，故D正确；
故答案为：BD；
（4）T3=360℃、T2=400℃、T1=440℃，由图可知，较高流速时反应没有达到平衡状态，升高温度，反应速率加快，HCl转化率增大，所以a（T3）小于a（T2）和α（T1），
故答案为：较高流速时反应没有达到平衡状态，升高温度，反应速率加快，HCl转化率增大；
（5）N点HCl的平衡转化率为80%，n（HCl）：n（O2）=4：4，设起始时n（HCl）=n（O2）=4mol，
反应的三段式为2HCl（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）⇌Cl2（g）+H2O（g）
起始量（mol） 4 4 0 0
变化量（mol） 3.2 0.8 1.6 1.6
平衡量（mol） 0.8 3.2 1.6 1.6
物质的量分数φ（HCl）=$\frac{0.8mol}{（0.8+3.2+1.6+1.6）mol}$=$\frac{1}{9}$，φ（O2）=4φ（HCl）=$\frac{4}{9}$，φ（Cl2）=φ（H2O）=$\frac{2}{9}$，该温度下反应的平衡常数K=$\frac{φ（Cl{}_{2}）•φ（H{}_{2}O）}{φ^{2}（HCl）•φ{}^{\frac{1}{2}}（O{}_{2}）}$=$\frac{\frac{2}{9}×\frac{2}{9}}{（\frac{1}{9}）^{2}×（\frac{4}{9}）{}^{\frac{1}{2}}}$=6，
故答案为：6；
（6）TiO2和RuO2的晶体结构相同，则晶胞中n（TiO2）=n（RuO2），TiO2晶胞质量m1=n（TiO2）×M（TiO2），RuO2晶胞质量m2=n（RuO2）×M（RuO2），二者晶胞体积近似相等，即V相同，根据ρ=$\frac{m}{V}$可知，M（RuO2）：M（TiO2）=ρ（RuO2）：ρ（TiO2）=1.66：1，即M（RuO2）=1.66M（TiO2），M（Ru）+32=（48+32）×1.66，Ru的相对原子质量M（Ru）=100.8≈101，
故答案为：101。
故答案为：＜；360；
（2）H2燃烧的化学方程式为H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）=H2O（l），①2HCl（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）⇌Cl2（g）+H2O（g）ΔH1=-57.2kJ•mol-1，②H2O（l）═H2O（g）ΔH2=+44.0kJ•mol-1，③H2（g）+Cl2（g）═2HCl（g）ΔH3=-184.6kJ•mol-1，根据盖斯定律：①-②+③计算H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）=H2O（l）的焓变ΔH=-57.2kJ•mol-1-（+44.0kJ•mol-1）+（-184.6kJ•mol-1）=-285.8kJ/mol，
故答案为：-285.8；
（3）A.M点没有达到平衡状态，由图1可知，增大HCl的流速，HCl转化率降低，故A错误；
B.T2=400℃，由图1可知，其他条件相同时400℃的HCl转化率大于360℃的HCl转化率，则将温度升高40℃时可提高M点HCl转化率，故B正确；
C.对比图1、2可知，其他条件相同时降低n（HCl）：n（O2），可提高M点HCl转化率，则增大n（HCl）：n（O2）时降低了M点HCl转化率，故C错误；
D.M点没有达到平衡状态，使用更高效的催化剂，反应速率加快，可提高M点HCl转化率，故D正确；
故答案为：BD；
（4）T3=360℃、T2=400℃、T1=440℃，由图可知，较高流速时反应没有达到平衡状态，升高温度，反应速率加快，HCl转化率增大，所以a（T3）小于a（T2）和α（T1），
故答案为：较高流速时反应没有达到平衡状态，升高温度，反应速率加快，HCl转化率增大；
（5）N点HCl的平衡转化率为80%，n（HCl）：n（O2）=4：4，设起始时n（HCl）=n（O2）=4mol，
反应的三段式为2HCl（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）⇌Cl2（g）+H2O（g）
起始量（mol） 4 4 0 0
变化量（mol） 3.2 0.8 1.6 1.6
平衡量（mol） 0.8 3.2 1.6 1.6
物质的量分数φ（HCl）=$\frac{0.8mol}{（0.8+3.2+1.6+1.6）mol}$=$\frac{1}{9}$，φ（O2）=4φ（HCl）=$\frac{4}{9}$，φ（Cl2）=φ（H2O）=$\frac{2}{9}$，该温度下反应的平衡常数K=$\frac{φ（Cl{}_{2}）•φ（H{}_{2}O）}{φ^{2}（HCl）•φ{}^{\frac{1}{2}}（O{}_{2}）}$=$\frac{\frac{2}{9}×\frac{2}{9}}{（\frac{1}{9}）^{2}×（\frac{4}{9}）{}^{\frac{1}{2}}}$=6，
故答案为：6；
（6）TiO2和RuO2的晶体结构相同，则晶胞中n（TiO2）=n（RuO2），TiO2晶胞质量m1=n（TiO2）×M（TiO2），RuO2晶胞质量m2=n（RuO2）×M（RuO2），二者晶胞体积近似相等，即V相同，根据ρ=$\frac{m}{V}$可知，M（RuO2）：M（TiO2）=ρ（RuO2）：ρ（TiO2）=1.66：1，即M（RuO2）=1.66M（TiO2），M（Ru）+32=（48+32）×1.66，Ru的相对原子质量M（Ru）=100.8≈101，
故答案为：101。