Question

甲醇是一種化工原料，工業(yè)上合成甲醇的反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ?mol^-1．
若在溫度、容積相同的3個(gè)密閉容器中，按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫、恒容，測得反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的有關(guān)數(shù)據(jù)如下：

容器	甲	乙	丙
反應(yīng)物投入量	1molCO.2molH2	1mol CH3OH	2molCO、4molH2
CH3OH的濃度（mol/L）	c1	c2	c3
反應(yīng)的能量變化	放出Q1 kJ	吸收Q2 kJ	放出Q3 kJ
平衡常數(shù)	K1	K2	K3
反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率	α 1	α 2	α 3

①容器內(nèi)壓強(qiáng)P：2P甲與2P乙與P丙關(guān)系是

2P甲等于2P乙且大于P丙

②變化的熱量數(shù)值Q中，Q₁ 與Q₂的和是

90.8

③畫出平衡時(shí)甲醇的百分含量（縱坐標(biāo)）隨溫度（橫坐標(biāo)）的變化曲線，要求畫出壓強(qiáng)不同的兩條曲線（標(biāo)出p₁、p₂，且p₁＜p₂）．
④在一定溫度和壓強(qiáng)下，CO和H₂催化合成二甲醚反應(yīng)為：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）如圖為綠色電源“直接二甲醚燃料電池”工作原理示意圖，a電極的反應(yīng)式為

CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺

．

Answer 1

分析：甲容器反應(yīng)物投入1molCO.2molH₂與乙容器反應(yīng)物投入1mol CH₃OH在保持恒溫、恒容情況下是等效平衡，平衡時(shí)CH₃OH的濃度c₁=c₂ 、α₁+α₂=1、Q₁+Q₂能量總變化相當(dāng)于1molCO.2molH₂完全轉(zhuǎn)化成1mol CH₃OH的能量，即吸放熱Q₁+Q₂數(shù)值上就等于90.8kJ；甲容器反應(yīng)物投入量1molCO、2molH₂與丙容器反應(yīng)物投入量2molCO、4molH₂，若恒溫且丙容器容積是甲容器2倍，則甲容器與丙容器也是等效平衡，然而現(xiàn)在是溫度、容積相同的3個(gè)密閉容器，可以當(dāng)成是在恒溫且容積是甲容器兩倍條件下，體積受到了壓縮，原反應(yīng)正向氣體體積減少，由平衡移動(dòng)原理，則相較于甲容器（或假設(shè)狀況）而言，丙容器平衡向正向移動(dòng)，也就是說，丙容器的轉(zhuǎn)化率比甲容器還要大一些．因此2c₁＜c₃、α₂＜α₃，反應(yīng)在相同溫度下進(jìn)行，平衡常數(shù)相等，該燃料電池的正極反應(yīng)為：0₂+4e^-+4H⁺═2H₂O，負(fù)極反應(yīng)為：CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺，以此解答該題．

解答：解：①甲容器反應(yīng)物投入1molCO.2molH₂與乙容器反應(yīng)物投入1mol CH₃OH在保持恒溫、恒容情況下是等效平衡，則達(dá)到平衡時(shí)甲、乙容器壓強(qiáng)相等，甲容器反應(yīng)物投入量1molCO、2molH₂與丙容器反應(yīng)物投入量2molCO、4molH₂，丙可以當(dāng)成是在恒溫且容積是甲容器兩倍條件下，體積受到了壓縮，原反應(yīng)正向氣體體積減少，則有2P甲等于2P乙且大于P丙，
故答案為：2P甲等于2P乙且大于P丙；
②甲容器反應(yīng)物投入1molCO.2molH₂與乙容器反應(yīng)物投入1mol CH₃OH在保持恒溫、恒容情況下是等效平衡，反應(yīng)分別由正方向和逆方向進(jìn)行，則Q₁與Q₂和是90.8，能量總變化相當(dāng)于1molCO.2molH₂完全轉(zhuǎn)化成1mol CH₃OH的能量，
故答案為：90.8；
③正反應(yīng)放熱，則升高溫度、平衡向逆方向移動(dòng)，甲醇的含量降低，根據(jù)方程式可知增大壓強(qiáng)，平衡向正方向移動(dòng)，甲醇的含量增大，則圖象可為，
故答案為：；
④a極通入二甲醚，應(yīng)為原電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極方程式為CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺，
故答案為：CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺．

點(diǎn)評(píng)：本題綜合考查化學(xué)平衡、電化學(xué)等知識(shí)，題目側(cè)重于等效平衡的計(jì)算，為該題的難點(diǎn)，也是易錯(cuò)點(diǎn)，注意理解等效平衡問題．