Question

11．甲醇是結構最為簡單的飽和一元醇，又稱“木醇”或“木精”．甲醇是一碳化學基礎的原料和優(yōu)質的燃料，主要應用于精細化工、塑料、能源等領域．已知甲醇制備的有關化學反應如下：
反應①：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-90.77kJ/mol
反應②：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₂
反應③：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃=-49.58kJ/mol
（1）反應②的△H₂=+41.19kJ•mol^-1
（2）若500℃時三個反應的平衡常數依次為K₁、K₂與K₃，則K₃=K₁•K₂（用K₁、K₂表示）．已知500℃時K₁、K₂的值分別為2.5、1.0，并測得該溫度下反應③在某時刻，H₂（g）、CO₂（g）、CH₃OH（g）、H₂O（g）的濃度（mol/L）分別為0.8、0.1、0.3、0.15，則此時V_正＞V_逆（填“＞”、“=”或“＜”）
（3）在3L容積可變的密閉容器中發(fā)生反應②，c（CO）隨反應時間t變化如圖1中曲線I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，改變的條件是加入催化劑．當通過改變壓強使曲線I變?yōu)榍�線Ⅲ時，曲線Ⅲ達到平衡時容器的體積為2L．

（4）甲醇燃料電池可能成為未來便攜電子產品應用的主流．某種甲醇燃料電池工作原理如圖2所示，則通入a氣體的電極的電極反應式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺
（5）一定條件下甲醇與一氧化碳反應可以合成乙酸．常溫條件下，將a mol/L的CH₃COOH與b mol/L Ba（OH）₂溶液等體積混合，反應平衡時，2c（Ba²⁺）=c（CH₃COO^-），用含a和b的代數式表示該混合溶液中醋酸的電離常數為$\frac{2b}{a-2b}$×10^-7L/mol．

Answer 1

分析 （1）根據蓋斯定律：②=③-①得反應②的△H₂；
（2）依據反應①+②得到反應③，所以平衡常數K₃=K₁×K₂，依據某時刻濃度商計算和平衡常數比較判斷反應進行的方向；
（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)，體積是可變得是恒壓容器，說明改變的是加入了催化劑；曲線I變?yōu)榍�線III時，一氧化碳的濃度由0.3mol/L變?yōu)?.45mol/L，容器的體積由3L變?yōu)?L；
（4）根據題給裝置知本題考查酸性甲醇燃料電池，根據外電路電子流向判斷左側電極為電池的負極，發(fā)生氧化反應；
（5）溶液等體積混合溶質濃度減少一半，醋酸電離平衡常數與濃度無關，結合概念計算．

解答 解：（1）已知反應①：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-90.77kJ/mol，反應②：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₂，反應③：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃=-49.58kJ/mol，根據蓋斯定律：②=③-①得反應②的△H₂=+41.19 kJ•mol^-1，
故答案為：+41.19 kJ•mol^-1；
（2）根據已知反應確定K₁=c（CH₃OH）/c（CO）c²（H₂）、K₂=c（CO）c（H₂O）/c（CO₂）c（H₂）、K₃=c（CH₃OH） c（H₂O）/c（CO₂）c³（H₂），則K₃=K₁•K₂．500℃時K₁、K₂的值分別為2.5、1.0，則K₃=K₁•K₂=2.5，該溫度下反應③在某時刻，Q=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.3×0.15}{0.1×0．{8}^{3}}$=0.9＜K₃，反應正向進行，則此時V_正＞V_逆．
故答案為：K₁•K₂＞；
（3）分析圖象知t₀時刻改變一個條件，曲線I變?yōu)榍�線II，一氧化碳的平衡濃度沒有變化而達平衡的時間縮短，改變的條件是加入催化劑；反應②為反應前后氣體物質的量不變的反應，改變壓強，平衡不移動，曲線I變?yōu)榍�線III時，一氧化碳的濃度由0.3mol/L變?yōu)?.45mol/L，容器的體積由3L變?yōu)?L．
故答案為：加入催化劑；  2L；
（4）根據題給裝置知本題考查酸性甲醇燃料電池，根據外電路電子流向判斷左側電極為電池的負極，發(fā)生氧化反應，即甲醇被氧化為二氧化碳，結合碳元素的化合價變化確定失電子數目，根據原子守恒和電荷守恒配平，電極反應式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺．
故答案為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
（5）通常狀況下，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，醋酸電離平衡常數依據電離方程式寫出K=$\frac{c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）×c（{H}^{+}）}{c（C{H}_{3}COOH）}$=$\frac{b×1{0}^{-7}}{\frac{a}{2}-b}$=$\frac{2b}{a-2b}$×10^-7L/mol；
故答案為：$\frac{2b}{a-2b}$×10^-7L/mol．

點評 本題考查了化學平衡影響因素分析判斷，平衡常數計算和影響條件的應用，難溶電解質溶液中溶度積的計算，易錯點、難點為（2），根據Qc判斷平衡移動的方向，題目綜合性較大．