Question

化工行业的发展必须符合国家节能减排的总体要求．如图是煤化工产业链的一部分，试运用所学知识，解决下列问题：

（1）如图中有一个反应是德国化学家哈伯进行过的实验，农业生产是该反应最大的应用领域．该反应的△H＜O，则该反应的△S

 

0（填“＞”或“＜”）
（2）已知在一定温度下，以下三个反应的平衡常数为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；
则K₁、K₂、K₃之间的关系是

 

．
（3）二甲醚是一种重要的清洁燃料，工业上可利用煤的气化产物（水煤气）合成二甲醚．利用水煤气合成=甲醚的热化学方程式为：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-274kJ?mol^-1
①该反应在一定条件下的密闭容器中达到平衡后，为同时提高反应速率和二甲醚的产率，可以采取的措施是

 

  （填字母代号）．
a．降低温度  b．缩小容器体积  c．加入催化剂  d．增加H₂的浓度e．分离出二甲醚
②已知：CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-42kJ?mol^-1某些化学键的键能数据如下表

化学键	C-H	H-O	H-H	C-O	C=O
键能/KJ mol-1	413	463	436	358	802

CO中的C与O之间为叁键连接，则CO中碳氧叁键的键能是

 

kJ?mol^-1．
（4）二甲醚也可以通过CH₃OH分子间脱水制得
2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ?mol^-1
已知在280℃，体积不变的密闭容器中进行上述反应，t2时达到平衡，各组分起始和平衡浓度见下表．

	CH3OH（g）	CH3OCH3（g）	H2O（g）
起始浓度/mol?L-1	2.00	0.50	0
平衡浓度/mol?L-1	c1	1.00	c2

①表中c₁=

 

．在t₂min内平均反应速率v（H₂O）=

 

．
②若在400℃，相同的密闭容器中进行上述反应，请在F图中画出CH₃OCH₃浓度随时问变化的关系图．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,反应热和焓变,化学平衡建立的过程,化学平衡的影响因素

专题：

分析：（1）德国化学家哈伯发明了直接合成氨法，合成氨的化学方程式为N₂+3H₂?2NH₃，反应前后气体物质的量减少，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；
可得关系式③=①+②，因此K₃=K₁×K₂；
（3）①根据外加条件对速率和平衡的影响分析；
②根据△H=反应物的键能总和-生成物的键能总和计算CO中碳氧叁键的键能；
（4）①

(1.00-0.50)mol/L

2.00mol/L-c1

=

1

2

计算，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，温度升高，化学反应速率加快，达到平衡的时间小于t₂，平衡逆向移动，达到平衡时，CH₃OCH₃浓度小于1.00mol/L，以此作图．

解答： 解：（1）德国化学家哈伯发明了直接合成氨法，合成氨的化学方程式为N₂+3H₂?2NH₃，反应前后气体物质的量减少，因此△S＜0，
故答案为：＜；
（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；
可得关系式③=①+②，因此K₃=K₁×K₂；
故答案为：K₃=K₁×K₂；
（3）①该反应在一定条件下的密闭容器中达到平衡后，为同时提高反应速率和二甲醚的产率，则速率加快而且平衡正移；
A．降低温度，反应速率减小，不符合题意，故a不选；
B．缩小容器体积，压强增大，速率加快，平衡正移二甲醚的产率提高，故b选；
C．加入催化剂，速率加快，但是平衡不移动，不符合题意，故c不选；
D．增加H₂的浓度，速率加快，平衡正移二甲醚的产率提高，故d选；
E．分离出二甲醚，浓度减小，反应速率减小，不符合题意，故e不选；
故答案为：bd；
②CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-42 kJ?mol^-1，由△H=反应物的键能总和-生成物的键能总和可得：
E_C≡O+2×463kJ?mol^-1-（2×802kJ?mol^-1+436kJ?mol^-1）=-42 kJ?mol^-1，
解得：E_C≡O=1072 kJ?mol^-1，
故答案为：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）；
故答案为：1.00；

0.5

t2

mol/（L?min）；
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ?mol^-1，温度升高，化学反应速率加快，达到平衡的时间小于t₂，平衡逆向移动，达到平衡时，CH₃OCH₃浓度小于1.00mol/L，CH₃OCH₃浓度随时问变化的关系图为，故答案为：．

点评：本题综合性较强，考查知识点全面，涉及熵变、化学平衡常数、反应热与键能的关系、化学反应速率计算、化学平衡影响因素等，较好的考查学生分析解决问题的能力，难度中等．