Question

二甲醚（CH₃OCH₃）是一种重要的清洁燃料，也可替代氟利昂作制冷剂等，对臭氧层无破坏作用．工业上以CO和H₂为原料生产二甲醚CH₃OCH₃的新工艺主要发生三个反应：
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-Q₁ kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-Q₂ kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-Q₃ kJ?mol^-1
回答下列问题：
（1）新工艺的总反应3H₂（g）+3CO（g）═CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的热化学方程式为

 

．
（2）工业上一般在恒容密闭容器中采用下列反应合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）△H
下表所列数据是该反应在不同温度下的化学平衡常数（Κ）．

温度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

①由表中数据判断△H

 

0 （填“＞”、“=”或“＜”）．能够说明某温度下该反应是平衡状态的是

 

A．体系的压强不变                   
B．密度不变
C．混合气体的相对分子质量不变      
D．c（CO）=c（CH₃OH）
②某温度下，将 2mol CO和 6mol H₂ 充入2L的密闭容器中，充分反应 10min后，达到平衡时测得c（CO）=0.2mol/L，计算此温度下的平衡常数K=

 

．
（3）工业生产是把水煤气中的混合气体经过处理后获得的较纯H₂用于合成氨．合成氨反应原理为：N₂（g）+3H₂（g） 

一定条件

2NH₃（g）△H=-92.4kJ?mol^-1．实验室模拟化工生产，在恒容密闭容器中冲入一定量N₂和H₂后，分别在不同实验条件下反应，N₂浓度随时间变化如图1．请回答下列问题：
①与实验Ⅰ比较，实验Ⅱ改变的条件为

 

．
②在实验Ⅲ中改变条件为采用比实验Ⅰ更高的温度，请在图2中画出实验I和实验Ⅲ中NH₃浓度随时间变化的示意图．

Answer 1

考点：用化学平衡常数进行计算,用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学平衡状态的判断,物质的量或浓度随时间的变化曲线

专题：

分析：（1）根据盖斯定律可写出热化学方程式；
（2）①根据温度对平衡常数的影响判断反应的热效应，根据平衡状态的特征判断平衡状态；
②根据平衡常数的定义计算平衡常数；
（3）①根据图象可知，实验Ⅱ与实验Ⅰ相比，反应达到平衡的时间变短，平衡不移动，据此判断；
②根据温度对平衡移动的影响可画出图象；

解答： 解：（1）根据盖斯定律，①×2+②+③，整理可得：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-（2Q₁+Q₂+Q₃） kJ/mol，
故答案为：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-（2Q₁+Q₂+Q₃）kJ/mol；
（2）①升高温度，化学平衡常数减小，说明升高温度，平衡逆向移动，逆反应方向是吸热反应，所以该反应的正反应是放热反应，所以△H＜0；
A．由于该反应是反应前后气体体积不等的反应，若未达到平衡，则体系的压强就会发生改变，所以体系的压强不变，则反应达到平衡状态，正确；
B．密度不变由于反应混合物都是气体，所以在任何时刻物质的密度都不发生变化，因此不能作为判断平衡的标志，错误；
C．由于该反应是反应前后气体体积不等的反应，若未达到平衡，则体系的气体的物质的量就会发生变化，气体的相对分子质量就会改变，若气体的相对分子质量不变，则反应达到平衡状态，正确；
D．c（CO）=c（CH₃OH）时反映可能处于平衡状态，也可能未达到平衡，因此不能作为判断平衡的标志，错误；
故答案为：＜； A、C；
②某温度下，在反应开始是c（CO）=1.0mol/L，c（H₂）=3.0mol/L，将 2mol CO和 6mol H₂，充分反应 10min后，达到平衡时测得c（CO）=0.2mol/L，则平衡时c（H₂）=1.4mol/L，c（CH₃OH）=0.8mol/L，则此温度下的平衡常数K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

=

0.8

0.2×1．42

=2.04，
故答案为：2.04；
（3）①根据图象可知：与实验Ⅰ比较，实验Ⅱ反应速率大大加快，达到平衡所需要的时间缩短，但是N₂平衡浓度没有改变，因此平衡未发生移动，则改变的条件为加入催化剂，
故答案为：加入催化剂；
②在实验Ⅲ中改变条件为采用比实验Ⅰ更高的温度，由于升高温度化学反应速率加快，达到平衡所需要的时间缩短，但是由于该反应是放热反应，升高温度，平衡向吸热的逆反应方向移动，因此达到平衡时NH₃的含量降低，用图象表示实验I和实验Ⅲ中NH₃浓度随时间变化的示意图是，
故答案为：．

点评：本题主要考查热化学方程式的书写、反应热效应的判断、平衡状态的判断、催化剂、温度对平衡移动的影响的图象法表示、化学平衡常数的计算的知识，中等难度，答题时注意对平衡常数的理解和平衡移动原理的灵活运用．