Question

化工行業(yè)的發(fā)展必須符合國(guó)家節(jié)能減排的總體要求．如圖是煤化工產(chǎn)業(yè)鏈的一部分，試運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，解決下列問題：

（1）如圖中有一個(gè)反應(yīng)是德國(guó)化學(xué)家哈伯進(jìn)行過的實(shí)驗(yàn)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是該反應(yīng)最大的應(yīng)用領(lǐng)域．該反應(yīng)的△H＜O，則該反應(yīng)的△S

 

0（填“＞”或“＜”）
（2）已知在一定溫度下，以下三個(gè)反應(yīng)的平衡常數(shù)為K₁、K₂、K₃
①C（s）+CO₂（g）?2CO（g） K₁；
②CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g） K₂；
③C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）K₃；
則K₁、K₂、K₃之間的關(guān)系是

 

．
（3）二甲醚是一種重要的清潔燃料，工業(yè)上可利用煤的氣化產(chǎn)物（水煤氣）合成二甲醚．利用水煤氣合成=甲醚的熱化學(xué)方程式為：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-274kJ?mol^-1
①該反應(yīng)在一定條件下的密閉容器中達(dá)到平衡后，為同時(shí)提高反應(yīng)速率和二甲醚的產(chǎn)率，可以采取的措施是

 

  （填字母代號(hào)）．
a．降低溫度  b．縮小容器體積  c．加入催化劑  d．增加H₂的濃度e．分離出二甲醚
②已知：CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-42kJ?mol^-1某些化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)如下表

化學(xué)鍵	C-H	H-O	H-H	C-O	C=O
鍵能/KJ mol-1	413	463	436	358	802

CO中的C與O之間為叁鍵連接，則CO中碳氧叁鍵的鍵能是

 

kJ?mol^-1．
（4）二甲醚也可以通過CH₃OH分子間脫水制得
2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ?mol^-1
已知在280℃，體積不變的密閉容器中進(jìn)行上述反應(yīng)，t2時(shí)達(dá)到平衡，各組分起始和平衡濃度見下表．

	CH3OH（g）	CH3OCH3（g）	H2O（g）
起始濃度/mol?L-1	2.00	0.50	0
平衡濃度/mol?L-1	c1	1.00	c2

①表中c₁=

 

．在t₂min內(nèi)平均反應(yīng)速率v（H₂O）=

 

．
②若在400℃，相同的密閉容器中進(jìn)行上述反應(yīng)，請(qǐng)?jiān)贔圖中畫出CH₃OCH₃濃度隨時(shí)問變化的關(guān)系圖．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,反應(yīng)熱和焓變,化學(xué)平衡建立的過程,化學(xué)平衡的影響因素

專題：

分析：（1）德國(guó)化學(xué)家哈伯發(fā)明了直接合成氨法，合成氨的化學(xué)方程式為N₂+3H₂?2NH₃，反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量減少，因此△S＜0；
（2）已知①C（s）+CO₂（g）?2CO（g） K₁；
②CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g） K₂；
③C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）K₃；
可得關(guān)系式③=①+②，因此K₃=K₁×K₂；
（3）①根據(jù)外加條件對(duì)速率和平衡的影響分析；
②根據(jù)△H=反應(yīng)物的鍵能總和-生成物的鍵能總和計(jì)算CO中碳氧叁鍵的鍵能；
（4）①

(1.00-0.50)mol/L

2.00mol/L-c1

=

1

2

計(jì)算，v（H₂O）=v（CH₃OCH₃）=

(1.00-0.50)mol/L

t2min

=

0.5

t2

mol/（L?min）；
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ?mol^-1，溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡的時(shí)間小于t₂，平衡逆向移動(dòng)，達(dá)到平衡時(shí)，CH₃OCH₃濃度小于1.00mol/L，以此作圖．

解答： 解：（1）德國(guó)化學(xué)家哈伯發(fā)明了直接合成氨法，合成氨的化學(xué)方程式為N₂+3H₂?2NH₃，反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量減少，因此△S＜0，
故答案為：＜；
（2）已知①C（s）+CO₂（g）?2CO（g） K₁；
②CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g） K₂；
③C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）K₃；
可得關(guān)系式③=①+②，因此K₃=K₁×K₂；
故答案為：K₃=K₁×K₂；
（3）①該反應(yīng)在一定條件下的密閉容器中達(dá)到平衡后，為同時(shí)提高反應(yīng)速率和二甲醚的產(chǎn)率，則速率加快而且平衡正移；
A．降低溫度，反應(yīng)速率減小，不符合題意，故a不選；
B．縮小容器體積，壓強(qiáng)增大，速率加快，平衡正移二甲醚的產(chǎn)率提高，故b選；
C．加入催化劑，速率加快，但是平衡不移動(dòng)，不符合題意，故c不選；
D．增加H₂的濃度，速率加快，平衡正移二甲醚的產(chǎn)率提高，故d選；
E．分離出二甲醚，濃度減小，反應(yīng)速率減小，不符合題意，故e不選；
故答案為：bd；
②CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-42 kJ?mol^-1，由△H=反應(yīng)物的鍵能總和-生成物的鍵能總和可得：
E_C≡O(shè)+2×463kJ?mol^-1-（2×802kJ?mol^-1+436kJ?mol^-1）=-42 kJ?mol^-1，
解得：E_C≡O(shè)=1072 kJ?mol^-1，
故答案為：1072；
（4）①

(1.00-0.50)mol/L

2.00mol/L-c1

=

1

2

，解得c₁=1.00mol/L，v（H₂O）=v（CH₃OCH₃）=

(1.00-0.50)mol/L

t2min

=

0.5

t2

mol/（L?min）；
故答案為：1.00；

0.5

t2

mol/（L?min）；
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ?mol^-1，溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡的時(shí)間小于t₂，平衡逆向移動(dòng)，達(dá)到平衡時(shí)，CH₃OCH₃濃度小于1.00mol/L，CH₃OCH₃濃度隨時(shí)問變化的關(guān)系圖為，故答案為：．

點(diǎn)評(píng)：本題綜合性較強(qiáng)，考查知識(shí)點(diǎn)全面，涉及熵變、化學(xué)平衡常數(shù)、反應(yīng)熱與鍵能的關(guān)系、化學(xué)反應(yīng)速率計(jì)算、化學(xué)平衡影響因素等，較好的考查學(xué)生分析解決問題的能力，難度中等．