Question

4．CO₂和CO可以回收利用制取二甲醚、尿素、甲醇等．
（1）常溫常壓下，二氧化碳加氫可選擇性生成二甲醚或一氧化碳：
①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-55.7kJ/mol
②2CH₃OH（l）?CH₃OCH₃（g）+H₂O （l）△H=-23.4kJ/mol
則CO₂（g）加氫轉(zhuǎn)化為CH₃OCH₃（g）和H₂O （l）的熱化學(xué)方程式是：2CO₂（g）+6H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+3 H₂O（l）△H=-134.8kJ/mol．
（2）CO₂合成尿素的反應(yīng)為：CO₂（g）+2NH₃（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O （g）△H＜0．該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為$\frac{c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{2}（N{H}_{3}）}$．
（3）實(shí)驗(yàn)室模擬用CO和H₂反應(yīng)來(lái)制甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0．在250℃下，將一定量的CO和H₂投入10L的密閉容器中，各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度（mol•L^-1）變化如下表所示：（前6min沒(méi)有改變條件）

	2min	4min	6min	8min	…
CO	0.07	0.06	0.06	0.05	…
H2	x	0.12	0.12	0.2	…
CH3OH	0.03	0.04	0.04	0.05	…

①x=0.14．
②250℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K值為：$\frac{0.04}{0.06×0.1{2}^{2}}$mol^-2．L²（不必化簡(jiǎn)）．
③若6min～8min只改變了某一條件，所改變的條件是加入1mol氫氣．
④第8min時(shí)，該反應(yīng)是不是達(dá)到平衡狀態(tài)不是．（填“是”或“不是”）
⑤該合成反應(yīng)的溫度一般控制在240～270℃，選擇此溫度的原因是：Ⅰ．此溫度下的催化劑活性高；Ⅱ．溫度低，反應(yīng)速率慢，單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量低，而正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度過(guò)高，轉(zhuǎn)化率降低．

Answer 1

分析 （1）已知：①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-55.7kJ/mol
②2CH₃OH（l）?CH₃OCH₃（g）+H₂O （l）△H=-23.4kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，①×2+②可得：2CO₂（g）+6H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+3 H₂O（l），反應(yīng)熱也進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算；
（2）平衡常數(shù)是指生成物平衡濃度化學(xué)計(jì)量數(shù)冪乘積與反應(yīng)物平衡濃度化學(xué)計(jì)量數(shù)冪乘積的比，純液體或固體不需要寫(xiě)出；
（3）①由表中數(shù)據(jù)可知，從2min到4min，CO的濃度變化量為（0.07-0.06）mol/L=0.01mol/L，根據(jù)方程式計(jì)算氫氣的濃度變化量，2min時(shí)氫氣濃度=4min時(shí)氫氣濃度+氫氣濃度變化量；
②4min與6min時(shí)，CO濃度相等，則4min、6min時(shí)反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$，代入平衡濃度計(jì)算；
③對(duì)比6min和8min時(shí)各物質(zhì)的濃度可知改變條件后反應(yīng)反應(yīng)向正方向進(jìn)行，按照轉(zhuǎn)化量之比等于計(jì)量系數(shù)之比△C（CO）：△C（H₂）：△C（CH₃OH）=0.01mol/L：0.02mol/L：0.01mol/L，所以8min后三種物質(zhì)的濃度應(yīng)為：（0.06-0.01）mol/L、（0.12-0.02）mol/L、（0.04+0.01）mol/L，而8min后氫氣的濃度為0.2mol/L，所以多加了0.1mol/L×10=1mol的氫氣；
④計(jì)算濃度商Qc，與平衡常數(shù)相比判斷第8min時(shí)是否達(dá)到平衡狀態(tài)；
⑤該合成反應(yīng)的溫度一般控制在240～270℃，選擇此溫度的原因是：此溫度下的催化劑活性高；溫度低，反應(yīng)速率慢，單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量低，而正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度過(guò)高，轉(zhuǎn)化率降低．

解答 解：（1）已知：①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-55.7kJ/mol
②2CH₃OH（l）?CH₃OCH₃（g）+H₂O （l）△H=-23.4kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，①×2+②可得：2CO₂（g）+6H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+3 H₂O（l）△H=-134.8kJ/mol，
故答案為：2CO₂（g）+6H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+3 H₂O（l）△H=-134.8kJ/mol；
（2）CO₂（g）+2NH₃（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O （g）的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{2}（N{H}_{3}）}$，
故答案為：$\frac{c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{2}（N{H}_{3}）}$；
（3）①由表中數(shù)據(jù)可知，從2min到4min，CO的濃度變化量為（0.07-0.06）mol/L=0.01mol/L，根據(jù)方程式可知?dú)錃獾臐舛茸兓�量�?.01mol/L×2=0.02mol/L，2min時(shí)氫氣濃度=0.12mol/L+0.02mol/L=0.14mol/L，
故答案為：0.14；
②4min與6min時(shí)，CO濃度相等，則4min、6min時(shí)反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，故平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.04}{0.06×0.1{2}^{2}}$mol^-2．L²，
故答案為：$\frac{0.04}{0.06×0.1{2}^{2}}$mol^-2．L²；
③對(duì)比6min和8min時(shí)各物質(zhì)的濃度可知改變條件后反應(yīng)反應(yīng)向正方向進(jìn)行，按照轉(zhuǎn)化量之比等于計(jì)量系數(shù)之比△C（CO）：△C（H₂）：△C（CH₃OH）=0.01mol/L：0.02mol/L：0.01mol/L，所以8min后三種物質(zhì)的濃度應(yīng)為：（0.06-0.01）mol/L、（0.12-0.02）mol/L、（0.04+0.01）mol/L，而8min后氫氣的濃度為0.2mol/L，所以多加了0.1mol/L×10L=1mol的氫氣，
故答案為：加入1mol氫氣；
④8min時(shí)濃度商Qc=$\frac{0.05}{0.05×0．{2}^{2}}$=25＜K=$\frac{0.04}{0.06×0.1{2}^{2}}$=46.3，故8min時(shí)不是平衡狀態(tài)，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，
故答案為：不是；
⑤該合成反應(yīng)的溫度一般控制在240～270℃，選擇此溫度的原因是：此溫度下的催化劑活性高；溫度低，反應(yīng)速率慢，單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量低，而正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度過(guò)高，轉(zhuǎn)化率降低，
故答案為：溫度低，反應(yīng)速率慢，單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量低，而正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度過(guò)高，轉(zhuǎn)化率降低．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算及影響因素、平衡常數(shù)計(jì)算及應(yīng)用、熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)等，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，難度中等．