Question

6．使用清洁能源可减少CO₂、SO₂，NO₂等气体的排放，二甲醛和甲烷都是重要的清洁能源
（1）由合成气制备二甲醚的反应原理如下：
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-90.7kj/mol
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-23.5kj/mol
③CO（g）+H₂O?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kj/mol
计算反应3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的△H=-246.1kj/mol
（2）将10molCO与20molH₂通入密闭容器中，在一定条件下发生反应：
2CO（g）+4H₂（g）=CH₂OCH₂（g）+H₂O（g）
已知CO的平衡转化率随温度（T）、压强（p）的变化关系如图一所示
①M、N、Q三点的平衡常数K_M、K_N、K_Q的大小关系为K_M=K_N＞K_Q
②压强P₁、P₂的大小关系为P₁＞P₂（填“＞”或“＜”或“=”）
（3）用CH₄催化还原NO₂可以减少NO₂的排放，已知：CH₄（g）+2NO₂=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（1）△H＜0
图二表示一定量的CH₄和NO₂混合气体在密闭容器中发生反应时c（NO₂）的变化情况
①其他条件不变，升高温度，平衡向逆反应方向移动（填“正反方向”或“逆反应方向”）
②与曲线A相比，曲线B、曲线C改变的实验条件及判断依据是：B使用催化剂C增加NO₂
③在曲线B图示反应后，若CH₄与NO₂的转化率相等，列示计算中C点反应的平衡常数K=150

Answer 1

分析 （1）依据盖斯定律和已知热化学方程式构建目标方程式，即根据盖斯定律：①×2+②+③，反应热和化学计量数成正比，据此分析解答；
（2）化学平衡常数只与温度有关，相同温度时其平衡常数相等，升高温度平衡向逆反应方向移动，其平衡常数减小；相同温度下，同一容器中，增大压强，平衡向正反应方向移动，则CO的转化率增大；
（3）①根据化学平衡移动原理：升高温度可以使化学平衡向吸热反应的方向移动；
②根据图象中的曲线的变化趋势判断出条件的改变，与曲线A相比，曲线B只缩短到达平衡的时间，为使用催化剂，曲线C根据NO₂量分析；
③在曲线B图示反应后，若CH₄与NO₂的转化率相等，说明甲烷和二氧化氮投料比为化学计量数之比即1：2，B到C改变的是反应物的物质的量，但温度未变，所以C与B的平衡常数相等，依据化学平衡三段式列式计算B点平衡浓度达到平衡常数即为C点的平衡常数．

解答 解：（1）①CO（ g）+2H₂（g）?CH₃OH（ g）△H₁=-90.7kJ•mol^-1，
②2CH₃0H（g）?CH₃0CH₃（g）+H₂0（g）△H₂=-23.5kJ•mol^-1，
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.2kJ•mol^-1，
根据盖斯定律，①×2+②+③得3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.1kJ•mol^-1，
故答案为：-246.1；
（2）化学平衡常数只与温度有关，相同温度时其平衡常数相等，升高温度平衡向逆反应方向移动，其平衡常数减小，根据图象知，温度：M=N＜Q，则若M、N、Q三点的平衡常数K_M、K_N、K_Q的大小关系为K_M=K_N＞K_Q；相同温度下，同一容器中，增大压强，平衡向正反应方向移动，则CO的转化率增大，根据图象知，p₁大于p₂，
故答案为：K_M=K_N＞K_Q；＞；
（3）①根据平衡移动原理进行分析，升高温度，平衡向吸热反应方向移动，CH₄（g）+2NO₂=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（1）△H＜0正反应为放热反应，所以升高温度，平衡向逆反应方向移动，
故答案为：逆反应方向；
②与曲线A相比，曲线B到达平衡的时间变小，但平衡没有发生移动，所以为使用催化剂；曲线C由题中数据可知，在45秒临界点，NO₂浓度从0.01mol/L瞬间变为0.0175mol/L，说明改变的量是增加NO₂量，
故答案为：使用催化剂；增加NO₂；
③B到C改变的是反应物的物质的量，但温度未变，所以C与B的平衡常数相等，在曲线B图示反应后，若CH₄与NO₂的转化率相等，说明甲烷和二氧化氮投料比为化学计量数之比即1：2，在B点：
                  CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（1）
起始量（mol/L）    0.02    0.04     
变化量（mol/L）    0.015   0.03     0.015  0.015
平衡量（mol/L）    0.005   0.01    0.015   0.015
K=$\frac{c（{N}_{2}）c（C{O}_{2}）}{c（C{H}_{4}）{c}^{2}（N{O}_{2}）}$=$\frac{0.015×0.015}{0.005×0.0{1}^{2}}$=150，即C点的平衡常数为150，
故答案为：150．

点评 本题考查反应热的计算、转化率与温度、压强关系，明确温度、压强对该反应平衡影响是解本题关键，题目难度中等．