Question

5．對(duì)碳硫及其化合物的研究有重要的意義．
I．利用水煤氣合成二甲醚（CH₃OCH₃）的三步反應(yīng)如下：
①2H₂（g）+CO（g）═CH₃OH（g）△H=-90.8kJ．mol^-1
②2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ．mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）═CO₂+H₂（g）△H=-41.3kJ．mol^-1
寫出利用水煤氣合成二甲醚（CH₃OCH₃） 的熱化學(xué)方程式：3CO（g）+3H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.4kJ•mol^-1．
Ⅱ．工業(yè)制硫酸的過(guò)程中利用反應(yīng)2SO₂（g）+O₂（g）$?_{加熱}^{催化劑}$SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1，將SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃，尾氣SO₃可用NaOH溶液進(jìn)行吸收．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）寫出該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式：K=$\frac{c{\;}^{2}（SO{\;}_{3}）}{c{\;}^{2}（SO{\;}_{2}）•c（O{\;}_{2}）}$．
（2）一定條件下，向一帶活塞的密閉容器中充入2mol SO₂和1mol O₂發(fā)生反應(yīng)，下列說(shuō)法中正確的是BC（填字母）．
A．若反應(yīng)速率v_正（O₂）=2v_逆（SO₃），則可以說(shuō)明該可逆反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)
B．保持溫度和容器體積不變，再充入2mol SO₂和1mol O₂，n（SO₃）/n（SO₂）增大
C．平衡后移動(dòng)活塞壓縮氣體，達(dá)到平衡時(shí)SO₂、O₂的百分含量減小，SO₃的百分含量增大
D．平衡后升高溫度，平衡常數(shù)K增大
（3）將一定量的SO₂（g）和O₂（g）分別通入到容積為2L的恒容密閉容器中，在不同溫度下進(jìn)行反應(yīng)得到如下表中的兩組數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達(dá)到平衡所需時(shí)間/min
		SO2	O2	SO2	O2
1	T1	4	2	X	0.8	6
2	T2	4	2	0.4	Y	t

實(shí)驗(yàn)1從開始到反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，v（SO₂）表示的反應(yīng)速率為0.2mol/L•min；T₁＞T₂（選填“＞”“＜”或“=”），理由是反應(yīng)放熱，溫度升高平衡向左移動(dòng)，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率低
（4）某SO₂（g）和O₂（g）反應(yīng)體系，時(shí)間t₁達(dá)到平衡后，改變某一外界條件，反應(yīng)速率v與時(shí)間t的關(guān)系如圖所示．若不改變SO₂（g）和O₂（g）的量，則圖中t₄時(shí)引起平衡移動(dòng)的條件可能是升高溫度；圖中表示平衡混合物中SO₂的轉(zhuǎn)化率最高的一段時(shí)間是t₃～t₄．

Answer 1

分析 Ⅰ、①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.3kJ•mol^-1
由蓋斯定律可知，通過(guò)①×2+②+③可得水煤氣合成二甲醚（CH₃OCH₃） 的熱化學(xué)方程式；
Ⅱ、（1）依據(jù)化學(xué)方程式和平衡常數(shù)概念書寫表達(dá)式；
（2）恒溫恒壓容器達(dá)到平衡，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，依據(jù)平衡移動(dòng)原理分析選項(xiàng)，平衡標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，各組分含量保持不變；
（3）分析圖表數(shù)據(jù)，依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式，結(jié)合反應(yīng)速率概念計(jì)算；依據(jù)圖表數(shù)據(jù)列式計(jì)算分析，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，化學(xué)平衡隨溫度升高，平衡逆向進(jìn)行分析兩次實(shí)驗(yàn)的溫度；
（4）t₄時(shí)正逆反應(yīng)速率都較原平衡時(shí)的速率大，可升高溫度或增大壓強(qiáng)；t₆時(shí)正逆反應(yīng)速率都較原平衡時(shí)的速率大，但平衡不移動(dòng)，前后氣體系數(shù)之和不等，只能是使用催化劑；在反應(yīng)向逆反應(yīng)之前衡混合物中CO的含量最高；

解答 解：Ⅰ、①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.3kJ•mol^-1
由蓋斯定律可知，通過(guò)①×2+②+③可得所求反應(yīng)方程式，則3CO（g）+3H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-90.8kJ•mol^-1×2-23.5kJ•mol^-1-41.3kJ•mol^-1=-246.4kJ•mol^-1；
故答案為：3CO（g）+3H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.4kJ•mol^-1；
Ⅱ、（1）2SO₂（g）+O₂（g）$?_{△}^{催化劑}$2SO₃（g），依據(jù)平衡常數(shù)概念寫出表達(dá)式，K=$\frac{c{\;}^{2}（SO{\;}_{3}）}{c{\;}^{2}（SO{\;}_{2}）•c（O{\;}_{2}）}$；
故答案為：K=$\frac{c{\;}^{2}（SO{\;}_{3}）}{c{\;}^{2}（SO{\;}_{2}）•c（O{\;}_{2}）}$；
（2）恒溫恒壓容器達(dá)到平衡，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，依據(jù)平衡移動(dòng)原理分析選項(xiàng)；
A．反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式系數(shù)之比，是正反應(yīng)速率之比，若反應(yīng)速率2υ正（O₂）=υ逆（SO₃），才可以說(shuō)明該可逆反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B．保持溫度和容器體積不變，再充入2mol SO₂和1mol O₂，等效于將體積擴(kuò)大2倍，平衡狀態(tài)一樣，再壓縮到原來(lái)的體積，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，所以n（SO₃）/n（SO₂）增大，故B正確；
C．平衡后移動(dòng)活塞壓縮氣體，壓強(qiáng)增大，平衡正向進(jìn)行，平衡時(shí)SO₂、O₂的百分含量減小，SO₃的百分含量增大，故C正確；
D．反應(yīng)是放熱反應(yīng)，平衡后升高溫度，平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)K減小，故D錯(cuò)誤．
故答案為：BC；
（3）實(shí)驗(yàn)1從開始到反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，
             2SO₂（g）+O₂（g）$?_{△}^{催化劑}$2SO₃（g）；
起始量（mol）  4        2              0
變化量（mol）  2.4     1.2            2.4
平衡量（mol） x        0.8            2.4
v（SO₂）表示的反應(yīng)速率=$\frac{\frac{2.4mol}{2L}}{6min}$=0.2mol/L•min；
反應(yīng)起始量相同，達(dá)到平衡時(shí)氧氣物質(zhì)的量可知，實(shí)驗(yàn)2反應(yīng)進(jìn)行的程度大，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度越高，平衡向吸熱反應(yīng)方向進(jìn)行，逆向進(jìn)行，所以溫度T₁＞T₂，
故答案為：0.2mol/L•min；＞； 反應(yīng)放熱，溫度升高平衡向左移動(dòng)，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率低；
（4）t₄時(shí)正逆反應(yīng)速率都較原平衡時(shí)的速率大，反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，升高溫度；t₆時(shí)正逆反應(yīng)速率都較原平衡時(shí)的速率大，但平衡不移動(dòng)，前后氣體系數(shù)之和不等，只能是使用催化劑；在t₄時(shí)反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則t₃～t₄時(shí)平衡混合物中CO的含量最高，
故答案為：升高溫度；t₃～t₄；

點(diǎn)評(píng) 本題考查了蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡影響因素和平衡計(jì)算的分析判斷，注意知識(shí)的遷移和應(yīng)用是解題關(guān)鍵，難度不大．