Question

【題目】一氧化碳、二氧化碳的利用具有十分重要的意義，科學(xué)家提出以下幾個設(shè)想：

Ⅰ.二氧化碳與氫氣在催化劑作用下可制取低碳烯烴。

在一恒容密閉容器中分別投入1 molCO2、3molH2，發(fā)生反應(yīng)：2CO2(g) + 6H2(g)C2H4(g) + 4H2O(g) △H；在不同溫度下，用傳感技術(shù)測出平衡時H2的物質(zhì)的量變化關(guān)系如圖。則△H______ 0 (填“>”“<”或“不能確定”)。

Ⅱ. 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）某溫度下反應(yīng)①中H2的平衡轉(zhuǎn)化率（a）與體系總壓強(P)的關(guān)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(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）。

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

（3）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_______________。

（4）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/L Ba(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________________mol/L。

Answer 1

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

【解析】

I.根據(jù)圖像，結(jié)合溫度對化學(xué)平衡的影響判斷。

II. （1）化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)。根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的表達式分析K1、K2、K3之間的關(guān)系。

（2）根據(jù)改變條件的瞬間和平衡時c（CO）的變化，結(jié)合方程式的特點分析。

（3）根據(jù)電子的流向判斷燃料電池的正負極，進一步書寫電極反應(yīng)式、進行計算。

（4）根據(jù)電荷守恒、物料守恒分別計算c（H+）和c（CH3COOH），結(jié)合電離平衡常數(shù)表達式計算Ka。

I.根據(jù)圖像，升高溫度平衡時H2物質(zhì)的量增大，即平衡向逆反應(yīng)方向移動，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，ΔH<0。

II.（1）化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，平衡狀態(tài)A與B的溫度相同，平衡常數(shù)K（A）=K（B）。根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的概念，反應(yīng)①、②、③的化學(xué)平衡常數(shù)表達式依次為、、，可見K3=K1·K2。

（2）根據(jù)表中的化學(xué)平衡常數(shù)，升高溫度反應(yīng)②的化學(xué)平衡常數(shù)增大，反應(yīng)②的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，反應(yīng)②反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變。根據(jù)圖像，曲線III相對于曲線I，改變的條件的瞬間c（CO）由2mol/L突然增大到3mol/L，c（CO）突然增大到曲線I的1.5倍；曲線III比曲線I先達到平衡，曲線III平衡時c（CO）等于曲線I平衡時c（CO）的1.5倍；曲線I變?yōu)榍�線III時改變的條件是：將體積由3L壓縮至2L。

（3）根據(jù)裝置圖中電子的流向，加入a物質(zhì)的電極為燃料電池的負極，通入b物質(zhì)的電極為燃料電池的正極，則a物質(zhì)為CH3OH，b物質(zhì)為O2，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，通入b物質(zhì)一極的電極反應(yīng)式為O2+4e-+2H2O=4OH-。n（CH3OH）==0.2mol，加入CH3OH一極的電極反應(yīng)式為CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，每消耗6.4g CH3OH轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為0.2mol×6=1.2mol，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為1.2NA（或1.2×6.02×1023）。

（4）醋酸與Ba（OH）2溶液混合后，溶液中的電荷守恒為c（H+）+2c（Ba2+）=c（OH-）+c（CH3COO-），由于溶液中2c（Ba2+）= c（CH3COO-），所以c（H+）=c（OH-），溶液呈中性，通常情況下c（H+）=1×10-7mol/L；amol/L的醋酸與bmol/LBa（OH）2溶液等體積混合后溶液中c（Ba2+）=mol/L，溶液中的物料守恒為c（CH3COOH）+c（CH3COO-）=mol/L，溶液中2c（Ba2+）= c（CH3COO-），則溶液中c（CH3COO-）=bmol/L，c（CH3COOH）=（-b）mol/L，醋酸的電離常數(shù)=mol/L=mol/L。