Question

10．甲醇是結(jié)構(gòu)最為簡單的飽和一元醇，又稱“木醇”或“木精”．甲醇是一碳化學(xué)基礎(chǔ)的原料和優(yōu)質(zhì)的燃料，主要應(yīng)用于精細(xì)化工、塑料、能源等領(lǐng)域．已知甲醇制備的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)如下：反應(yīng)①：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-90.77kJ/mol
反應(yīng)②：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₂
反應(yīng)③：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃=-49.58kJ/mol
（1）反應(yīng)②的△H₂=+41.19kJ•mol^-1
（2）若500℃時三個反應(yīng)的平衡常數(shù)依次為K₁、K₂與K₃，已知500℃時K₁、K₂的值分別為2.5、1.0，并測得該溫度下反應(yīng)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(yīng)②，c（CO）隨反應(yīng)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(dāng)曲線I變?yōu)榍�線II時，改變的條件是加入催化劑．當(dāng)通過改變壓強(qiáng)使曲線I變?yōu)榍�線III時，曲線III達(dá)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(chǎn)品應(yīng)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氣體的電極電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺
（5）一定條件下甲醇與一氧化碳反應(yīng)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(yīng)平衡時，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)為$\frac{2b}{a-2b}$×10^-7L/mol．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律：②=③-①得反應(yīng)②的△H₂；
（2）依據(jù)反應(yīng)①+②得到反應(yīng)③，所以平衡常數(shù)K₃=K₁×K₂，依據(jù)某時刻濃度商計算和平衡常數(shù)比較判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向；
（3）圖象分析曲線Ⅰ變化為曲線Ⅱ是縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時間，最后達(dá)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(jù)題給裝置知本題考查酸性甲醇燃料電池，根據(jù)外電路電子流向判斷左側(cè)電極為電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)；
（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)合概念計算．

解答 解：（1）已知反應(yīng)①：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-90.77kJ/mol，反應(yīng)②：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₂，反應(yīng)③：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃=-49.58kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律：②=③-①得反應(yīng)②的△H₂=+41.19 kJ•mol^-1，
故答案為：+41.19 kJ•mol^-1；
（2）根據(jù)已知反應(yīng)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(yīng)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(yīng)正向進(jìn)行，則此時V_正＞V_逆．
故答案為：＞；
（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(dá)平衡的時間縮短，改變的條件是加入催化劑；反應(yīng)②為反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變的反應(yīng)，改變壓強(qiáng)，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(jù)題給裝置知本題考查酸性甲醇燃料電池，根據(jù)外電路電子流向判斷左側(cè)電極為電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，即甲醇被氧化為二氧化碳，結(jié)合碳元素的化合價變化確定失電子數(shù)目，根據(jù)原子守恒和電荷守恒配平，電極反應(yīng)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(zhì)為醋酸鋇和氫氧化鋇，反應(yīng)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=$\frac{c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）×c（{H}^{+}）}{c（C{H}_{3}COOH）}$=$\frac{b×1{0}^{-7}}{\frac{a}{2}-b}$=$\frac{2b}{a-2b}$×10^-7L/mol；
故答案為：$\frac{2b}{a-2b}$×10^-7L/mol．

點評 本題考查了化學(xué)平衡影響因素分析判斷，平衡常數(shù)計算和影響條件的應(yīng)用，難溶電解質(zhì)溶液中溶度積的計算，題目綜合性較大．