Question

5．对碳硫及其化合物的研究有重要的意义．
I．利用水煤气合成二甲醚（CH₃OCH₃）的三步反应如下：
①2H₂（g）+CO（g）═CH₃OH（g）△H=-90.8kJ．mol^-1
②2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ．mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）═CO₂+H₂（g）△H=-41.3kJ．mol^-1
写出利用水煤气合成二甲醚（CH₃OCH₃） 的热化学方程式：3CO（g）+3H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.4kJ•mol^-1．
Ⅱ．工业制硫酸的过程中利用反应2SO₂（g）+O₂（g）$?_{加热}^{催化剂}$SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1，将SO₂转化为SO₃，尾气SO₃可用NaOH溶液进行吸收．请回答下列问题：
（1）写出该反应的化学平衡常数表达式：K=$\frac{c{\;}^{2}（SO{\;}_{3}）}{c{\;}^{2}（SO{\;}_{2}）•c（O{\;}_{2}）}$．
（2）一定条件下，向一带活塞的密闭容器中充入2mol SO₂和1mol O₂发生反应，下列说法中正确的是BC（填字母）．
A．若反应速率v_正（O₂）=2v_逆（SO₃），则可以说明该可逆反应已达到平衡状态
B．保持温度和容器体积不变，再充入2mol SO₂和1mol O₂，n（SO₃）/n（SO₂）增大
C．平衡后移动活塞压缩气体，达到平衡时SO₂、O₂的百分含量减小，SO₃的百分含量增大
D．平衡后升高温度，平衡常数K增大
（3）将一定量的SO₂（g）和O₂（g）分别通入到容积为2L的恒容密闭容器中，在不同温度下进行反应得到如下表中的两组数据：

实验编号	温度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		达到平衡所需时间/min
		SO2	O2	SO2	O2
1	T1	4	2	X	0.8	6
2	T2	4	2	0.4	Y	t

实验1从开始到反应达到化学平衡时，v（SO₂）表示的反应速率为0.2mol/L•min；T₁＞T₂（选填“＞”“＜”或“=”），理由是反应放热，温度升高平衡向左移动，反应物转化率低
（4）某SO₂（g）和O₂（g）反应体系，时间t₁达到平衡后，改变某一外界条件，反应速率v与时间t的关系如图所示．若不改变SO₂（g）和O₂（g）的量，则图中t₄时引起平衡移动的条件可能是升高温度；图中表示平衡混合物中SO₂的转化率最高的一段时间是t₃～t₄．

Answer 1

分析 Ⅰ、①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.3kJ•mol^-1
由盖斯定律可知，通过①×2+②+③可得水煤气合成二甲醚（CH₃OCH₃） 的热化学方程式；
Ⅱ、（1）依据化学方程式和平衡常数概念书写表达式；
（2）恒温恒压容器达到平衡，反应是气体体积减小的放热反应，依据平衡移动原理分析选项，平衡标志是正逆反应速率相同，各组分含量保持不变；
（3）分析图表数据，依据化学平衡三段式列式，结合反应速率概念计算；依据图表数据列式计算分析，反应是放热反应，化学平衡随温度升高，平衡逆向进行分析两次实验的温度；
（4）t₄时正逆反应速率都较原平衡时的速率大，可升高温度或增大压强；t₆时正逆反应速率都较原平衡时的速率大，但平衡不移动，前后气体系数之和不等，只能是使用催化剂；在反应向逆反应之前衡混合物中CO的含量最高；

解答 解：Ⅰ、①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.3kJ•mol^-1
由盖斯定律可知，通过①×2+②+③可得所求反应方程式，则3CO（g）+3H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-90.8kJ•mol^-1×2-23.5kJ•mol^-1-41.3kJ•mol^-1=-246.4kJ•mol^-1；
故答案为：3CO（g）+3H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.4kJ•mol^-1；
Ⅱ、（1）2SO₂（g）+O₂（g）$?_{△}^{催化剂}$2SO₃（g），依据平衡常数概念写出表达式，K=$\frac{c{\;}^{2}（SO{\;}_{3}）}{c{\;}^{2}（SO{\;}_{2}）•c（O{\;}_{2}）}$；
故答案为：K=$\frac{c{\;}^{2}（SO{\;}_{3}）}{c{\;}^{2}（SO{\;}_{2}）•c（O{\;}_{2}）}$；
（2）恒温恒压容器达到平衡，反应是气体体积减小的放热反应，依据平衡移动原理分析选项；
A．反应速率之比等于化学方程式系数之比，是正反应速率之比，若反应速率2υ正（O₂）=υ逆（SO₃），才可以说明该可逆反应已达到平衡状态，故A错误；
B．保持温度和容器体积不变，再充入2mol SO₂和1mol O₂，等效于将体积扩大2倍，平衡状态一样，再压缩到原来的体积，平衡向正反应方向移动，所以n（SO₃）/n（SO₂）增大，故B正确；
C．平衡后移动活塞压缩气体，压强增大，平衡正向进行，平衡时SO₂、O₂的百分含量减小，SO₃的百分含量增大，故C正确；
D．反应是放热反应，平衡后升高温度，平衡逆向进行，平衡常数K减小，故D错误．
故答案为：BC；
（3）实验1从开始到反应达到化学平衡时，
             2SO₂（g）+O₂（g）$?_{△}^{催化剂}$2SO₃（g）；
起始量（mol）  4        2              0
变化量（mol）  2.4     1.2            2.4
平衡量（mol） x        0.8            2.4
v（SO₂）表示的反应速率=$\frac{\frac{2.4mol}{2L}}{6min}$=0.2mol/L•min；
反应起始量相同，达到平衡时氧气物质的量可知，实验2反应进行的程度大，反应是放热反应，温度越高，平衡向吸热反应方向进行，逆向进行，所以温度T₁＞T₂，
故答案为：0.2mol/L•min；＞； 反应放热，温度升高平衡向左移动，反应物转化率低；
（4）t₄时正逆反应速率都较原平衡时的速率大，反应向逆反应方向移动，升高温度；t₆时正逆反应速率都较原平衡时的速率大，但平衡不移动，前后气体系数之和不等，只能是使用催化剂；在t₄时反应向逆反应方向移动，则t₃～t₄时平衡混合物中CO的含量最高，
故答案为：升高温度；t₃～t₄；

点评 本题考查了盖斯定律的应用、化学平衡影响因素和平衡计算的分析判断，注意知识的迁移和应用是解题关键，难度不大．