Question

18．（1）氯气在298K、100kPa时，在1L水中可溶解0.09mol，实验测得溶于水的Cl₂约有三分之一与水反应．请回答下列问题：
①该反应的离子方程式为Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO；
②估算该反应的平衡常数0.15（列式计算）；
③在上述平衡体系中加入少量NaOH固体，平衡将向正反应方向移动；
④如果增大氯气的压强，氯气在水中的溶解度将增大（填“增大”、“减小”或“不变”），平衡将向正反应方向移动．
（2）二甲醚是一种重要的清洁燃料，可替代氟利昂作制冷剂，对臭氧层无破坏作用．工业上可利用煤的气化产物（水煤气）合成二甲醚．请回答下列问题：
①利用水煤气合成二甲醚的总反应为：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）；△H=-246.4kJ•mol^-1
它可以分为两步，反应分别如下：4H₂（g）+2CO（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），△H₁=-205.1kJ•mol^-1
CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）；△H₂=-41.3kJ•mol^-1．
②在一定条件下的密闭容器中，该总反应达到平衡，只改变一个条件能同时提高反应速率和CO转化率的是cd（填字母代号）．
a．降低温度  b．加入催化剂c．缩小容器体积  d．增加H₂的浓度e．增加CO的浓度
③在一体积可变的密闭容器中充入3mol H₂、3mol CO、1mol  CH₃OCH₃、1mol CO₂，在一定温度和压强下发生反应：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），经一定时间达到平衡，并测得平衡时混合气体密度是同温同压下起始时的1.6倍．
问：a、反应开始时正、逆反应速率的大小：v（正）＞（填“＞”、“＜”或“=”）v（逆）．
b、平衡时n（CH₃OCH₃）=1.75mol，平衡时CO的转化率=75%．

Answer 1

分析 （1）①氯气与水反应生成HCl与HClO；
②在1L水中可溶解0.09mol，实验测得溶于水的Cl₂约有三分之一与水反应，则：
               Cl₂（aq）+H₂O（l）?HCl（aq）+HClO（aq）
起始浓度（mol/L）：0.09            0           0
变化浓度（mol/L）：0.03            0.03        0.03
平衡浓度（mol/L）：0.06            0.03        0.03
再根据K=$\frac{c（HCl）×c（HClO）}{c（C{l}_{2}）}$计算；
③在上述平衡体系中加入少量NaOH固体，氢氧化钠与HCl、HClO反应；
④如果增大氯气的压强，气体的溶解度增大，平衡向气体体积减小的方向移动；
（2）①已知：Ⅰ．3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）；△H=-246.4kJ•mol^-1
Ⅱ．4H₂（g）+2CO（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），△H₁=-205.1kJ•mol^-1
根据盖斯定律，Ⅰ-Ⅱ可得：CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）；△H₂=△H-△H₁；
②升高温度、增大压强、使用催化剂、增大物质浓度可以加快反应速率，同时提高CO转化率，应使平衡正向移动，但不能只增大CO浓度，否则CO转化率降低；
③a．反应后密度增大，说明体积减小，故反应向正反应进行建立平衡；
b．平衡时混合气体密度是同温同压下起始时的1.6倍，则平衡时混合气体物质的量为（3+3+1+1）mol×$\frac{1}{1.6}$=5mol，则：
          3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）物质的量减小△n=4
起始量（mol）：3      3          1          1      
变化量（mol）：2.25   2.25       0.75      0.75       8mol-5mol=3mol
平衡量（mol）：0.75   0.75       1.75      1.75
CO转化率=$\frac{物质的量变化量}{起始物质的量}$×100%．

解答 解：（1）①氯气与水反应生成HCl与HClO，反应离子方程式为：Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO，
故答案为：Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO；
②在1L水中可溶解0.09mol，实验测得溶于水的Cl₂约有三分之一与水反应，则：
                Cl₂（aq）+H₂O（l）?HCl（aq）+HClO（aq）
起始浓度（mol/L）：0.09              0          0
变化浓度（mol/L）：0.03             0.03        0.03
平衡浓度（mol/L）：0.06             0.03        0.03
该温度下平衡常数K=$\frac{c（HCl）×c（HClO）}{c（C{l}_{2}）}$=$\frac{0.03×0.03}{0.06}$=0.15，
故答案为：0.15；
③在上述平衡体系中加入少量NaOH固体，氢氧化钠与HCl、HClO反应，故平衡向正反应方向移动，
故答案为：正反应方向；
④如果增大氯气的压强，气体的溶解度增大，平衡向气体体积减小的方向移动，即向正反应方向移动，
故答案为：增大；正反应方向；
（2）①已知：Ⅰ．3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）；△H=-246.4kJ•mol^-1
Ⅱ．4H₂（g）+2CO（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），△H₁=-205.1kJ•mol^-1
根据盖斯定律，Ⅰ-Ⅱ可得：CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g），则△H₂=△H-△H₁=-246.4kJ•mol^-1
-（-205.1kJ•mol^-1）=-41.3kJ•mol^-1，
故答案为：-41.3kJ•mol^-1；
②a．降低温度，平衡正向移动，CO转化率增大，但反应速率减慢，故a错误；
b．加入催化剂，反应速率加快，不影响平衡移动，CO转化率不变，故b错误；
c．缩小容器体积，压强增大，反应速率加快，平衡正向移动，CO转化率增大，故c正确；
d．增加H₂的浓度，反应速率加快，平衡正向移动，CO转化率增大，故d正确；
e．增加CO的浓度，反应速率加快，平衡正向移动，但CO转化率减小，故e错误，
故选：cd；
③a．反应后密度增大，说明体积减小，故反应向正反应进行建立平衡，则反应开始时v（正）＞v（逆），
故答案为：＞；
b．平衡时混合气体密度是同温同压下起始时的1.6倍，则平衡时混合气体物质的量为（3+3+1+1）mol×$\frac{1}{1.6}$=5mol，则：
          3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）物质的量减小△n=4
起始量（mol）：3     3         1           1
变化量（mol）：2.25  2.25      0.75        0.75       8mol-5mol=3mol
平衡量（mol）：0.75  0.75      1.75        1.75
平衡时n（CH₃OCH₃）=1.75mol，平衡时CO的转化率=$\frac{2.25mol}{3mol}$=75%×100%，
故答案为：1.75mol；75%．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、平衡常数、反应速率影响因素、盖斯定律应用等，掌握三段式在化学平衡计算中应用．