Question

6．使用清潔能源可減少CO₂、SO₂，NO₂等氣體的排放，二甲醛和甲烷都是重要的清潔能源
（1）由合成氣制備二甲醚的反應(yīng)原理如下：
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-90.7kj/mol
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-23.5kj/mol
③CO（g）+H₂O?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kj/mol
計(jì)算反應(yīng)3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的△H=-246.1kj/mol
（2）將10molCO與20molH₂通入密閉容器中，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：
2CO（g）+4H₂（g）=CH₂OCH₂（g）+H₂O（g）
已知CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度（T）、壓強(qiáng)（p）的變化關(guān)系如圖一所示
①M(fèi)、N、Q三點(diǎn)的平衡常數(shù)K_M、K_N、K_Q的大小關(guān)系為K_M=K_N＞K_Q
②壓強(qiáng)P₁、P₂的大小關(guān)系為P₁＞P₂（填“＞”或“＜”或“=”）
（3）用CH₄催化還原NO₂可以減少NO₂的排放，已知：CH₄（g）+2NO₂=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（1）△H＜0
圖二表示一定量的CH₄和NO₂混合氣體在密閉容器中發(fā)生反應(yīng)時(shí)c（NO₂）的變化情況
①其他條件不變，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)（填“正反方向”或“逆反應(yīng)方向”）
②與曲線A相比，曲線B、曲線C改變的實(shí)驗(yàn)條件及判斷依據(jù)是：B使用催化劑C增加NO₂
③在曲線B圖示反應(yīng)后，若CH₄與NO₂的轉(zhuǎn)化率相等，列示計(jì)算中C點(diǎn)反應(yīng)的平衡常數(shù)K=150

Answer 1

分析 （1）依據(jù)蓋斯定律和已知熱化學(xué)方程式構(gòu)建目標(biāo)方程式，即根據(jù)蓋斯定律：①×2+②+③，反應(yīng)熱和化學(xué)計(jì)量數(shù)成正比，據(jù)此分析解答；
（2）化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，相同溫度時(shí)其平衡常數(shù)相等，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，其平衡常數(shù)減��；相同溫度下，同一容器中，增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則CO的轉(zhuǎn)化率增大；
（3）①根據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)原理：升高溫度可以使化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng)的方向移動(dòng)；
②根據(jù)圖象中的曲線的變化趨勢(shì)判斷出條件的改變，與曲線A相比，曲線B只縮短到達(dá)平衡的時(shí)間，為使用催化劑，曲線C根據(jù)NO₂量分析；
③在曲線B圖示反應(yīng)后，若CH₄與NO₂的轉(zhuǎn)化率相等，說(shuō)明甲烷和二氧化氮投料比為化學(xué)計(jì)量數(shù)之比即1：2，B到C改變的是反應(yīng)物的物質(zhì)的量，但溫度未變，所以C與B的平衡常數(shù)相等，依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算B點(diǎn)平衡濃度達(dá)到平衡常數(shù)即為C點(diǎn)的平衡常數(shù)．

解答 解：（1）①CO（ g）+2H₂（g）?CH₃OH（ g）△H₁=-90.7kJ•mol^-1，
②2CH₃0H（g）?CH₃0CH₃（g）+H₂0（g）△H₂=-23.5kJ•mol^-1，
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.2kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，①×2+②+③得3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.1kJ•mol^-1，
故答案為：-246.1；
（2）化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，相同溫度時(shí)其平衡常數(shù)相等，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，其平衡常數(shù)減小，根據(jù)圖象知，溫度：M=N＜Q，則若M、N、Q三點(diǎn)的平衡常數(shù)K_M、K_N、K_Q的大小關(guān)系為K_M=K_N＞K_Q；相同溫度下，同一容器中，增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則CO的轉(zhuǎn)化率增大，根據(jù)圖象知，p₁大于p₂，
故答案為：K_M=K_N＞K_Q；＞；
（3）①根據(jù)平衡移動(dòng)原理進(jìn)行分析，升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，CH₄（g）+2NO₂=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（1）△H＜0正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，
故答案為：逆反應(yīng)方向；
②與曲線A相比，曲線B到達(dá)平衡的時(shí)間變小，但平衡沒(méi)有發(fā)生移動(dòng)，所以為使用催化劑；曲線C由題中數(shù)據(jù)可知，在45秒臨界點(diǎn)，NO₂濃度從0.01mol/L瞬間變?yōu)?.0175mol/L，說(shuō)明改變的量是增加NO₂量，
故答案為：使用催化劑；增加NO₂；
③B到C改變的是反應(yīng)物的物質(zhì)的量，但溫度未變，所以C與B的平衡常數(shù)相等，在曲線B圖示反應(yīng)后，若CH₄與NO₂的轉(zhuǎn)化率相等，說(shuō)明甲烷和二氧化氮投料比為化學(xué)計(jì)量數(shù)之比即1：2，在B點(diǎn)：
                  CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（1）
起始量（mol/L）    0.02    0.04     
變化量（mol/L）    0.015   0.03     0.015  0.015
平衡量（mol/L）    0.005   0.01    0.015   0.015
K=$\frac{c（{N}_{2}）c（C{O}_{2}）}{c（C{H}_{4}）{c}^{2}（N{O}_{2}）}$=$\frac{0.015×0.015}{0.005×0.0{1}^{2}}$=150，即C點(diǎn)的平衡常數(shù)為150，
故答案為：150．

點(diǎn)評(píng) 本題考查反應(yīng)熱的計(jì)算、轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)關(guān)系，明確溫度、壓強(qiáng)對(duì)該反應(yīng)平衡影響是解本題關(guān)鍵，題目難度中等．