Question

甲醇是一种优质的液体燃料，目前工业上CO和CO₂均可用于合成甲醇．

（1）一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁；2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂；2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₃；则CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的△H=

 

．
（2）在容积为2L的密闭容器中进行反应：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），其他条件不变，在300℃和500℃时，物质的量n（CH₃OH）-反应时间t的变化曲线如图甲．该反应的△H

 

0（填＞、＜或=）．
（3）若要提高甲醇的产率，可采取的措施有

 

．（填字母）
A．缩小容器体积            B．降低温度
C．升高温度               D．使用合适的催化剂
E．甲醇从混合体系中分离出来
（4）CH₄和H₂O在催化剂表面发生反应CH₄+H₂O?CO+3H₂，T℃时，向1L密闭容器中投入1mol CH₄和1mol H₂O（g），5小时后测得反应体系达到平衡状态，此时CH₄的转化率为50%，计算该温度下的平衡常数（写出计算过程，计算结果保留小数点后两位数字）．
（5）工业上把水煤气中的混合气体处理后，获得较纯的H₂用于Ⅰ合成氨：N₂（g）+3H₂（g）

一定条件

2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol某同学在不同实验条件下模拟化工生产进行实验，N₂浓度随时间变化如图乙．实验Ⅲ比实验Ⅰ的温度要高，其它条件相同，请在答题卷对应的地方画出实验I和实验Ⅲ中NH₃浓度随时间变化的示意图．
（6）已知25℃K_SP[Mg（OH）₂]=1.8×10^-11；K_SP[Fe（OH）₃]=2.6×10^-39．在25℃下，向浓度均为0.1mol?L^-1 MgCl₂和FeCl₃混合液中逐滴加入氨水，先生成沉淀（填化学式），生成沉淀的离子方程式为

 

．

Answer 1

考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学平衡常数的含义,化学平衡的影响因素,物质的量或浓度随时间的变化曲线,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）依据热化学方程式结合盖斯定律，计算所需热化学方程式，计量数改变，焓变改变，热化学方程式方向改变，焓变符号改变；
（2）图象分析，先拐先平，温度高，纵轴甲醇物质的量随温度升高减小，说明平衡逆向进行；
（3）若要提高甲醇的产率，平衡正向进行，结合平衡移动原理和反应特征分析，反应是气体体积减小的放热反应；
（4）依据化学平衡三段式列式计算平衡浓度，结合平衡常数概念计算得到；
（5）实验Ⅲ比实验Ⅰ的温度要高，达到平衡所需要时间短，反应是放热反应，升温平衡状态氨气的浓度减小；
（6）根据溶度积常数确定先沉淀的物质，溶度积常数越小的物质越先沉淀，铁离子和氨水反应生成氢氧化铁和铵根离子．

解答： 解：（1）①CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁；
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂；
③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₃；
依据盖斯定律①+

1

2

②-

1

2

③得到CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的△H=△H₁+

1

2

△H₂-

1

2

△H₃；
故答案为：△H₁+

1

2

△H₂-

1

2

△H₃；
（2）图象分析，先拐先平，温度高，纵轴甲醇物质的量随温度升高减小，说明平衡逆向进行反应是放热反应，△H＜0；
故答案为：＜；
（3）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），若要提高甲醇的产率，平衡正向进行，结合平衡移动原理和反应特征分析，反应是气体体积减小的放热反应；
A．缩小容器体积，压强增大，平衡正向进行，甲醇的产率增大，故A符合；          
B．反应是放热反应，降低温度，平衡正向进行，甲醇的产率增大，故B符合；
C．反应是放热反应，升高温度，平衡逆向进行，甲醇产率减小，故C不符合；               
D．使用合适的催化剂，只能改变化学反应速率不改变化学平衡状态，甲醇的产率不变，故D不符合；
E．甲醇从混合体系中分离出，减少生成物浓度，平衡正向进行，甲醇的产率增大，故E符合；
故答案为：ABE；
（4）CH₄和H₂O在催化剂表面发生反应CH₄+H₂O?CO+3H₂，T℃时，向1L密闭容器中投入1mol CH₄和1mol H₂O（g），5小时后测得反应体系达到平衡状态，此时CH₄的转化率为50%，依据平衡三段式列式；                   
                         CH₄ +H₂O?CO+3H₂
起始物质的量浓度（mol?L^-1） 1.0    1.0         0       0
转化物质的量浓度（mol?L^-1） 0.5    0.5        0.5     1.5
平衡物质的量浓度（mol?L^-1   0.5    0.5        0.5     1.5            
K=

c3(H2)c(CO)

c(CH4)c(H2O)

=

0.5mol/L×(1.5mol/L)3

0.5mol/L×0.5mol/L

=6.75mol²/L²；
答：该温度下的平衡常数6.75mol²/L²；
（5）实验Ⅲ比实验Ⅰ的温度要高，Ⅲ比Ⅰ快，达到平衡所需要时间短，反应是放热反应，升温平衡状态氨气的浓度减小，据此画出图象为：

答：验I和实验Ⅲ中NH₃浓度随时间变化的示意图为；
（6）溶度积常数越小的物质越先沉淀，氢氧化铁的溶度积小于氢氧化镁的溶度积，所以氢氧化铁先沉淀，铁离子和氨水反应生成氢氧化铁沉淀和铵根离子，离子方程式为Fe³⁺+3NH₃?H₂O?Fe（OH）₃↓+3NH₄⁺；
故答案为：Fe（OH）₃，Fe³⁺+3NH₃?H₂O=Fe（OH）₃↓+3NH₄⁺；

点评：本题考查了了热化学方程式和盖斯定律计算应用，图象分析、平衡影响因素理解应用、平衡常数计算、沉淀溶解平衡中溶度积的分析，主要是平衡移动原理的理解分析，图象分析方法是解题关键，题目难度中等．