Question

【題目】甲醇是重要的化學工業(yè)基礎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化學反應以及在不同溫度下的化學反應平衡常數(shù)如下表所示：

化學反應	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②是________________（填“吸熱”或“放熱”）反應。

（2）某溫度下反應①中H2的平衡轉(zhuǎn)化率（a）與體系總壓強(P)的關系，如左下圖所示。則平衡狀態(tài)由A變到B時，平衡常數(shù)K(A)_____________K(B)（填“＞”、“＜”或“＝”）。據(jù)反應①與②可推導出K1、K2與K3之間的關系，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②，已知c(CO)與反應時間t變化曲線Ⅰ如右上圖所示，若在t0時刻分別改變一個條件，曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅱ和曲線Ⅲ。

當曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅱ時，改變的條件是_____________________。

當曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅲ時，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)和反應速率的影響結合圖像分析解答；

（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，結合概念計算。

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

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

（3）圖象分析曲線Ⅰ變化為曲線Ⅱ是縮短反應達到平衡的時間，最后達到相同平衡狀態(tài)，體積可變得是恒壓容器，說明改變的是加入了催化劑；當曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅲ時一氧化碳物質(zhì)的量增大，反應是氣體體積不變的反應，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，電極反應式為O2+4e－+2H2O＝4OH－；甲醇中碳元素化合價是－2價，反應后轉(zhuǎn)化為＋4價，失去6個電子。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，反應平衡時，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)。