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）加氫轉化為CH₃OCH₃（g）和H₂O （l）的熱化學方程式是：2CO₂（g）+6H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+3 H₂O（l）△H=-134.8kJ/mol．
（2）CO₂合成尿素的反應為：CO₂（g）+2NH₃（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O （g）△H＜0．該反應的平衡常數表達式為$\frac{c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{2}（N{H}_{3}）}$．
（3）實驗室模擬用CO和H₂反應來制甲醇：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，各物質的物質的量濃度（mol•L^-1）變化如下表所示：（前6min沒有改變條件）

	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℃時該反應的平衡常數K值為：$\frac{0.04}{0.06×0.1{2}^{2}}$mol^-2．L²（不必化簡）．
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，該反應是不是達到平衡狀態不是．（填“是”或“不是”）
⑤該合成反應的溫度一般控制在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，反應速率慢，單位時間內的產量低，而正反應為放熱反應，溫度過高，轉化率降低．

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
根據蓋斯定律，①×2+②可得：2CO₂（g）+6H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+3 H₂O（l），反應熱也進行相應的計算；
（2）平衡常數是指生成物平衡濃度化學計量數冪乘積與反應物平衡濃度化學計量數冪乘積的比，純液體或固體不需要寫出；
（3）①由表中數據可知，從2min到4min，CO的濃度變化量為（0.07-0.06）mol/L=0.01mol/L，根據方程式計算氫氣的濃度變化量，2min時氫氣濃度=4min時氫氣濃度+氫氣濃度變化量；
②4min與6min時，CO濃度相等，則4min、6min時反應處于平衡狀態，平衡常數K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$，代入平衡濃度計算；
③對比6min和8min時各物質的濃度可知改變條件后反應反應向正方向進行，按照轉化量之比等于計量系數之比△C（CO）：△C（H₂）：△C（CH₃OH）=0.01mol/L：0.02mol/L：0.01mol/L，所以8min后三種物質的濃度應為：（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計算濃度商Qc，與平衡常數相比判斷第8min時是否達到平衡狀態；
⑤該合成反應的溫度一般控制在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，反應速率慢，單位時間內的產量低，而正反應為放熱反應，溫度過高，轉化率降低．

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）的平衡常數表達式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由表中數據可知，從2min到4min，CO的濃度變化量為（0.07-0.06）mol/L=0.01mol/L，根據方程式可知氫氣的濃度變化量為0.01mol/L×2=0.02mol/L，2min時氫氣濃度=0.12mol/L+0.02mol/L=0.14mol/L，
故答案為：0.14；
②4min與6min時，CO濃度相等，則4min、6min時反應處于平衡狀態，故平衡常數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對比6min和8min時各物質的濃度可知改變條件后反應反應向正方向進行，按照轉化量之比等于計量系數之比△C（CO）：△C（H₂）：△C（CH₃OH）=0.01mol/L：0.02mol/L：0.01mol/L，所以8min后三種物質的濃度應為：（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時不是平衡狀態，反應向正反應進行，
故答案為：不是；
⑤該合成反應的溫度一般控制在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，反應速率慢，單位時間內的產量低，而正反應為放熱反應，溫度過高，轉化率降低，
故答案為：溫度低，反應速率慢，單位時間內的產量低，而正反應為放熱反應，溫度過高，轉化率降低．

點評 本題考查化學平衡計算及影響因素、平衡常數計算及應用、熱化學方程式書寫等，是對學生綜合能力的考查，難度中等．