Question

18．（1）氯氣在298K、100kPa時(shí)，在1L水中可溶解0.09mol，實(shí)驗(yàn)測(cè)得溶于水的Cl₂約有三分之一與水反應(yīng)．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
①該反應(yīng)的離子方程式為Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO；
②估算該反應(yīng)的平衡常數(shù)0.15（列式計(jì)算）；
③在上述平衡體系中加入少量NaOH固體，平衡將向正反應(yīng)方向移動(dòng)；
④如果增大氯氣的壓強(qiáng)，氯氣在水中的溶解度將增大（填“增大”、“減小”或“不變”），平衡將向正反應(yīng)方向移動(dòng)．
（2）二甲醚是一種重要的清潔燃料，可替代氟利昂作制冷劑，對(duì)臭氧層無(wú)破壞作用．工業(yè)上可利用煤的氣化產(chǎn)物（水煤氣）合成二甲醚．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
①利用水煤氣合成二甲醚的總反應(yīng)為：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）；△H=-246.4kJ•mol^-1
它可以分為兩步，反應(yīng)分別如下：4H₂（g）+2CO（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），△H₁=-205.1kJ•mol^-1
CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）；△H₂=-41.3kJ•mol^-1．
②在一定條件下的密閉容器中，該總反應(yīng)達(dá)到平衡，只改變一個(gè)條件能同時(shí)提高反應(yīng)速率和CO轉(zhuǎn)化率的是cd（填字母代號(hào)）．
a．降低溫度  b．加入催化劑c．縮小容器體積  d．增加H₂的濃度e．增加CO的濃度
③在一體積可變的密閉容器中充入3mol H₂、3mol CO、1mol  CH₃OCH₃、1mol CO₂，在一定溫度和壓強(qiáng)下發(fā)生反應(yīng)：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），經(jīng)一定時(shí)間達(dá)到平衡，并測(cè)得平衡時(shí)混合氣體密度是同溫同壓下起始時(shí)的1.6倍．
問(wèn)：a、反應(yīng)開始時(shí)正、逆反應(yīng)速率的大小：v（正）＞（填“＞”、“＜”或“=”）v（逆）．
b、平衡時(shí)n（CH₃OCH₃）=1.75mol，平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率=75%．

Answer 1

分析 （1）①氯氣與水反應(yīng)生成HCl與HClO；
②在1L水中可溶解0.09mol，實(shí)驗(yàn)測(cè)得溶于水的Cl₂約有三分之一與水反應(yīng)，則：
               Cl₂（aq）+H₂O（l）?HCl（aq）+HClO（aq）
起始濃度（mol/L）：0.09            0           0
變化濃度（mol/L）：0.03            0.03        0.03
平衡濃度（mol/L）：0.06            0.03        0.03
再根據(jù)K=$\frac{c（HCl）×c（HClO）}{c（C{l}_{2}）}$計(jì)算；
③在上述平衡體系中加入少量NaOH固體，氫氧化鈉與HCl、HClO反應(yīng)；
④如果增大氯氣的壓強(qiáng)，氣體的溶解度增大，平衡向氣體體積減小的方向移動(dòng)；
（2）①已知：Ⅰ．3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）；△H=-246.4kJ•mol^-1
Ⅱ．4H₂（g）+2CO（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），△H₁=-205.1kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，Ⅰ-Ⅱ可得：CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）；△H₂=△H-△H₁；
②升高溫度、增大壓強(qiáng)、使用催化劑、增大物質(zhì)濃度可以加快反應(yīng)速率，同時(shí)提高CO轉(zhuǎn)化率，應(yīng)使平衡正向移動(dòng)，但不能只增大CO濃度，否則CO轉(zhuǎn)化率降低；
③a．反應(yīng)后密度增大，說(shuō)明體積減小，故反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行建立平衡；
b．平衡時(shí)混合氣體密度是同溫同壓下起始時(shí)的1.6倍，則平衡時(shí)混合氣體物質(zhì)的量為（3+3+1+1）mol×$\frac{1}{1.6}$=5mol，則：
          3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）物質(zhì)的量減小△n=4
起始量（mol）：3      3          1          1      
變化量（mol）：2.25   2.25       0.75      0.75       8mol-5mol=3mol
平衡量（mol）：0.75   0.75       1.75      1.75
CO轉(zhuǎn)化率=$\frac{物質(zhì)的量變化量}{起始物質(zhì)的量}$×100%．

解答 解：（1）①氯氣與水反應(yīng)生成HCl與HClO，反應(yīng)離子方程式為：Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO，
故答案為：Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO；
②在1L水中可溶解0.09mol，實(shí)驗(yàn)測(cè)得溶于水的Cl₂約有三分之一與水反應(yīng)，則：
                Cl₂（aq）+H₂O（l）?HCl（aq）+HClO（aq）
起始濃度（mol/L）：0.09              0          0
變化濃度（mol/L）：0.03             0.03        0.03
平衡濃度（mol/L）：0.06             0.03        0.03
該溫度下平衡常數(shù)K=$\frac{c（HCl）×c（HClO）}{c（C{l}_{2}）}$=$\frac{0.03×0.03}{0.06}$=0.15，
故答案為：0.15；
③在上述平衡體系中加入少量NaOH固體，氫氧化鈉與HCl、HClO反應(yīng)，故平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，
故答案為：正反應(yīng)方向；
④如果增大氯氣的壓強(qiáng)，氣體的溶解度增大，平衡向氣體體積減小的方向移動(dòng)，即向正反應(yīng)方向移動(dòng)，
故答案為：增大；正反應(yīng)方向；
（2）①已知：Ⅰ．3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）；△H=-246.4kJ•mol^-1
Ⅱ．4H₂（g）+2CO（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），△H₁=-205.1kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，Ⅰ-Ⅱ可得：CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g），則△H₂=△H-△H₁=-246.4kJ•mol^-1
-（-205.1kJ•mol^-1）=-41.3kJ•mol^-1，
故答案為：-41.3kJ•mol^-1；
②a．降低溫度，平衡正向移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率增大，但反應(yīng)速率減慢，故a錯(cuò)誤；
b．加入催化劑，反應(yīng)速率加快，不影響平衡移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率不變，故b錯(cuò)誤；
c．縮小容器體積，壓強(qiáng)增大，反應(yīng)速率加快，平衡正向移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率增大，故c正確；
d．增加H₂的濃度，反應(yīng)速率加快，平衡正向移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率增大，故d正確；
e．增加CO的濃度，反應(yīng)速率加快，平衡正向移動(dòng)，但CO轉(zhuǎn)化率減小，故e錯(cuò)誤，
故選：cd；
③a．反應(yīng)后密度增大，說(shuō)明體積減小，故反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行建立平衡，則反應(yīng)開始時(shí)v（正）＞v（逆），
故答案為：＞；
b．平衡時(shí)混合氣體密度是同溫同壓下起始時(shí)的1.6倍，則平衡時(shí)混合氣體物質(zhì)的量為（3+3+1+1）mol×$\frac{1}{1.6}$=5mol，則：
          3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）物質(zhì)的量減小△n=4
起始量（mol）：3     3         1           1
變化量（mol）：2.25  2.25      0.75        0.75       8mol-5mol=3mol
平衡量（mol）：0.75  0.75      1.75        1.75
平衡時(shí)n（CH₃OCH₃）=1.75mol，平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率=$\frac{2.25mol}{3mol}$=75%×100%，
故答案為：1.75mol；75%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、平衡常數(shù)、反應(yīng)速率影響因素、蓋斯定律應(yīng)用等，掌握三段式在化學(xué)平衡計(jì)算中應(yīng)用．