Question

6．使用清潔能源可減少CO₂、SO₂，NO₂等氣體的排放，二甲醛和甲烷都是重要的清潔能源
（1）由合成氣制備二甲醚的反應原理如下：
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
計算反應3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的△H=-246.1kj/mol
（2）將10molCO與20molH₂通入密閉容器中，在一定條件下發生反應：
2CO（g）+4H₂（g）=CH₂OCH₂（g）+H₂O（g）
已知CO的平衡轉化率隨溫度（T）、壓強（p）的變化關系如圖一所示
①M、N、Q三點的平衡常數K_M、K_N、K_Q的大小關系為K_M=K_N＞K_Q
②壓強P₁、P₂的大小關系為P₁＞P₂（填“＞”或“＜”或“=”）
（3）用CH₄催化還原NO₂可以減少NO₂的排放，已知：CH₄（g）+2NO₂=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（1）△H＜0
圖二表示一定量的CH₄和NO₂混合氣體在密閉容器中發生反應時c（NO₂）的變化情況
①其他條件不變，升高溫度，平衡向逆反應方向移動（填“正反方向”或“逆反應方向”）
②與曲線A相比，曲線B、曲線C改變的實驗條件及判斷依據是：B使用催化劑C增加NO₂
③在曲線B圖示反應后，若CH₄與NO₂的轉化率相等，列示計算中C點反應的平衡常數K=150

Answer 1

分析 （1）依據蓋斯定律和已知熱化學方程式構建目標方程式，即根據蓋斯定律：①×2+②+③，反應熱和化學計量數成正比，據此分析解答；
（2）化學平衡常數只與溫度有關，相同溫度時其平衡常數相等，升高溫度平衡向逆反應方向移動，其平衡常數減小；相同溫度下，同一容器中，增大壓強，平衡向正反應方向移動，則CO的轉化率增大；
（3）①根據化學平衡移動原理：升高溫度可以使化學平衡向吸熱反應的方向移動；
②根據圖象中的曲線的變化趨勢判斷出條件的改變，與曲線A相比，曲線B只縮短到達平衡的時間，為使用催化劑，曲線C根據NO₂量分析；
③在曲線B圖示反應后，若CH₄與NO₂的轉化率相等，說明甲烷和二氧化氮投料比為化學計量數之比即1：2，B到C改變的是反應物的物質的量，但溫度未變，所以C與B的平衡常數相等，依據化學平衡三段式列式計算B點平衡濃度達到平衡常數即為C點的平衡常數．

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，
根據蓋斯定律，①×2+②+③得3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.1kJ•mol^-1，
故答案為：-246.1；
（2）化學平衡常數只與溫度有關，相同溫度時其平衡常數相等，升高溫度平衡向逆反應方向移動，其平衡常數減小，根據圖象知，溫度：M=N＜Q，則若M、N、Q三點的平衡常數K_M、K_N、K_Q的大小關系為K_M=K_N＞K_Q；相同溫度下，同一容器中，增大壓強，平衡向正反應方向移動，則CO的轉化率增大，根據圖象知，p₁大于p₂，
故答案為：K_M=K_N＞K_Q；＞；
（3）①根據平衡移動原理進行分析，升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動，CH₄（g）+2NO₂=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（1）△H＜0正反應為放熱反應，所以升高溫度，平衡向逆反應方向移動，
故答案為：逆反應方向；
②與曲線A相比，曲線B到達平衡的時間變小，但平衡沒有發生移動，所以為使用催化劑；曲線C由題中數據可知，在45秒臨界點，NO₂濃度從0.01mol/L瞬間變為0.0175mol/L，說明改變的量是增加NO₂量，
故答案為：使用催化劑；增加NO₂；
③B到C改變的是反應物的物質的量，但溫度未變，所以C與B的平衡常數相等，在曲線B圖示反應后，若CH₄與NO₂的轉化率相等，說明甲烷和二氧化氮投料比為化學計量數之比即1：2，在B點：
                  CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（1）
起始量（mol/L）    0.02    0.04     
變化量（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點的平衡常數為150，
故答案為：150．

點評 本題考查反應熱的計算、轉化率與溫度、壓強關系，明確溫度、壓強對該反應平衡影響是解本題關鍵，題目難度中等．