Question

【題目】甲醇是重要的化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)原料和清潔液體燃料。工業(yè)上可利用CO或CO2來生產(chǎn)燃料甲醇。已知甲醇制備的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)以及在不同溫度下的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)如下表所示：

化學(xué)反應(yīng)	平衡常數(shù)	溫度℃
		500	800
①2H2(g)+CO(g) CH3OH(g)	K1	2.5	0.15
②H2(g)+CO2(g) H2O (g)+CO(g)	K2	1.0	2.50
③3H2(g)+CO2(g) CH3OH(g)+H2O (g)	K3

（1）反應(yīng)②是________________（填“吸熱”或“放熱”）反應(yīng)。

（2）某溫度下反應(yīng)①中H2的平衡轉(zhuǎn)化率（a）與體系總壓強(qiáng)(P)的關(guān)系，如左下圖所示。則平衡狀態(tài)由A變到B時(shí)，平衡常數(shù)K(A)_____________K(B)（填“＞”、“＜”或“＝”）。據(jù)反應(yīng)①與②可推導(dǎo)出K1、K2與K3之間的關(guān)系，則K3=_______（用K1、K2表示）。

（3）在3 L容積可變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)②，已知c(CO)與反應(yīng)時(shí)間t變化曲線Ⅰ如右上圖所示，若在t0時(shí)刻分別改變一個(gè)條件，曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅱ和曲線Ⅲ。

當(dāng)曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅱ時(shí)，改變的條件是_____________________。

當(dāng)曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅲ時(shí)，改變的條件是_____________________。

（4）一種甲醇燃料電池，使用的電解質(zhì)溶液是2mol·L－1的KOH溶液。

請寫出加入(通入)b物質(zhì)一極的電極反應(yīng)式_________________；

每消耗6.4g甲醇轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為_______________。

（5）一定條件下甲醇與一氧化碳反應(yīng)可以合成乙酸。通常狀況下，將a mol/L的醋酸與b mol/LBa(OH)2溶液等體積混合后，溶液中：2c(Ba2＋)= c(CH3COO-)，用含a和b的代數(shù)式表示該混合溶液中醋酸的電離常數(shù)Ka為________________。

Answer 1

【答案】吸熱=K1·K2加催化劑將體積壓縮為2LO2+4e－+2H2O = 4OH－1.2NA(1.2×6.02×1023)2×10-7b/(a-2b)

【解析】試題分析：（1）根據(jù)溫度對平衡狀態(tài)和平衡常數(shù)的影響分析；

（2）化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度影響；依據(jù)平衡常數(shù)的含義分析；

（3）根據(jù)外界條件對平衡狀態(tài)和反應(yīng)速率的影響結(jié)合圖像分析解答；

（4）根據(jù)原電池的工作原理分析、判斷和計(jì)算；

（5）溶液等體積混合溶質(zhì)濃度減少一半，醋酸電離平衡常數(shù)與濃度無關(guān)，結(jié)合概念計(jì)算。

解析：（1）分析圖表數(shù)據(jù)，反應(yīng)②平衡常數(shù)隨溫度升高增大，平衡正向進(jìn)行，正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；

（2）化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變平衡常數(shù)不變，所以KA=KB；反應(yīng)③3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O，分析三個(gè)反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式可知平衡常數(shù)K3=K1×K2；

（3）圖象分析曲線Ⅰ變化為曲線Ⅱ是縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間，最后達(dá)到相同平衡狀態(tài)，體積可變得是恒壓容器，說明改變的是加入了催化劑；當(dāng)曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅲ時(shí)一氧化碳物質(zhì)的量增大，反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，可變?nèi)萜髦袣怏w體積和濃度成反比，氣體物質(zhì)的量不變，曲線Ⅰ，體積為3L，一氧化碳濃度為3mol/L，改變條件后變?yōu)闉榍�線Ⅱ，一氧化碳濃度為4.5mol/L，則體積壓縮體積為：3：V=4.5：3，V=2L，所以將容器的體積快速壓縮至2L符合；

（4）根據(jù)裝置圖中電子的流向可知a物質(zhì)所在的電極是負(fù)極，失去電子，通入甲醇。b處通入的是氧氣，作正極，電解質(zhì)溶液顯堿性，電極反應(yīng)式為O2+4e－+2H2O＝4OH－；甲醇中碳元素化合價(jià)是－2價(jià)，反應(yīng)后轉(zhuǎn)化為＋4價(jià)，失去6個(gè)電子。6.4g甲醇是0.2mol，則每消耗6.4g甲醇轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為1.2NA；

（5）一定條件下，將a mol/L的醋酸與b mol/L Ba(OH)2溶液等體積混合，溶液中溶質(zhì)為醋酸鋇和氫氧化鋇，反應(yīng)平衡時(shí)，2c(Ba2＋)=c(CH3COO-)=bmol/L，溶液中c(H+)=c(OH-)=10-7mol/L，溶液呈中性，醋酸電離平衡常數(shù)依據(jù)電離方程式寫出K=[CH3COO][H+]/[CH3COOH]

= 2×10-7b/(a-2b)。