Question

1．（1）用CO₂和氫氣合成CH₃OCH₃（甲醚）是解決能源危機(jī)的研究方向之一．
已知：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.7kJ•mol^-1K₁
2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ•mol^-1K₂
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ•mol^-1K₃
（1）則CO₂和氫氣合成CH₃OCH₃（g）的熱化學(xué)方程式為2CO₂（g）+6H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H=-122.5kJ/mol；
該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{{{K}_{1}}^{2}•{K}_{2}}{{{K}_{3}}^{2}}$（用K₁、K₂、K₃表示）
（2）如圖表示在密閉容器中反應(yīng)：2SO₂+O₂?2SO₃△H＜0達(dá)到平衡時(shí)，由于條件改變而引起反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的變化情況，a→b過(guò)程中改變的條件可能是升高溫度；b→c過(guò)程中改變的條件可能是將SO₃從體系中分離出來(lái)．
（3）在10L恒容密閉容器中充入X（g）和Y（g），發(fā)生反應(yīng)X（g）+Y（g）═M（g）+N（g），所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表：

實(shí)驗(yàn) 編號(hào)	溫度/℃	起始時(shí)物質(zhì)的量/mol		平衡時(shí)物質(zhì)的量/mol
		n（X）	n（Y）	n（M）
①	700	0.40	0.10	0.090
②	800	0.10	0.40	0.080
③	800	0.20	0.30	a
④	900	0.10	0.15	b

則實(shí)驗(yàn)③中達(dá)到平衡時(shí)X的轉(zhuǎn)化率為60%； 實(shí)驗(yàn)④中達(dá)到平衡時(shí)b＜（填“＞”“＜”或“=”）0.060．

Answer 1

分析 （1）已知：①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.7kJ•mol^-1K₁，
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ•mol^-1K₂，
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ•mol^-1K₃，利用蓋斯定律，將①×2+②-③×2可得CO₂和氫氣合成CH₃OCH₃（g）的熱化學(xué)方程式；
（2）由圖象可知a→b正逆反應(yīng)速率都增大，且平衡逆向移動(dòng)，b→c正逆反應(yīng)速率都減小，平衡正向移動(dòng)；
（3）溫度不變平衡常數(shù)不變，根據(jù)平衡常數(shù)可求出轉(zhuǎn)化量，進(jìn)而求出轉(zhuǎn)化率；對(duì)比實(shí)驗(yàn)①②的平衡常數(shù)可知，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升溫平衡左移，平衡常數(shù)減小，轉(zhuǎn)化率減小，根據(jù)實(shí)驗(yàn)③中X的轉(zhuǎn)化率為60%，則實(shí)驗(yàn)④中X的轉(zhuǎn)化率小于60%，達(dá)到平衡時(shí)，b＜0.060．

解答 解：（1）已知：①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.7kJ•mol^-1K₁，
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ•mol^-1K₂，
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ•mol^-1K₃，利用蓋斯定律，將①×2+②-③×2可得2CO₂（g）+6H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H=-122.5kJ/mol，
則該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{{{K}_{1}}^{2}•{K}_{2}}{{{K}_{3}}^{2}}$，
故答案為：2CO₂（g）+6H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H=-122.5kJ/mol；$\frac{{{K}_{1}}^{2}•{K}_{2}}{{{K}_{3}}^{2}}$；
（2）在a時(shí)刻，正逆反應(yīng)速率都增大，且逆反應(yīng)速率大于正反應(yīng)速率，即平衡逆向移動(dòng)，因?yàn)榉磻?yīng)的△H＜0，根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的條件可知，a～b過(guò)程中改變的條件可能是升溫；在b時(shí)刻，正反應(yīng)速率不變，逆反應(yīng)速率減小，且正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，即平衡正向移動(dòng)，根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的條件可知，b～c過(guò)程中改變的條件可能是將SO₃從體系中分離出來(lái)，減小生成物SO₃的濃度，
故答案為：升高溫度；將SO₃從體系中分離出來(lái)；
（3）X（g）+Y（g）?M（g）+N（g）
起始濃度（mol/L） 0.02     0.03         0      0
轉(zhuǎn)化濃度（mol/L） 0.1a    0.1a          0.1a     0.1a
平衡濃度（mol/L）0.02-0.1a  0.03-0.1a   0.1a    0.1a
該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{c（M）c（N）}{c（X）c（Y）}$=$\frac{0.1a×0.1a}{（0.02-0.1a）×（0.03-0.1a）}$=1.0，解得a=0.12，實(shí)驗(yàn)③中，X的轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.12}{0.2}$100%=60%，
700℃時(shí)，化學(xué)平衡常數(shù)K≈2.6，升高溫度至800℃得平衡常數(shù)為K=1.0，K減小，即平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，若④的溫度為800℃，恒容體系中，氣體體積不變的反應(yīng)，④與③為等效平衡，b=$\frac{1}{2}$a=0.06mol，但④的實(shí)際溫度為900℃，相比較800℃，平衡逆向移動(dòng)，b＜0.06，
故答案為：60%；＜．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，為高考常見(jiàn)題型，題目涉及反應(yīng)熱的計(jì)算、平衡常數(shù)以及影響反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的計(jì)算等知識(shí)，注意把握平衡常數(shù)的計(jì)算以及平衡移動(dòng)的影響因素，難度中等．