Question

4．目前工業(yè)上可利用CO或CO₂來生產燃料甲醇，某研究小組對下列有關甲醇制取的三條化學反應原理進行探究．已知在不同溫度下的化學反應．平衡常數（K₁、K₂、K₃）如表所示：

化學反應	焓變	平衡常數	溫度/℃
			500	700	800
①2H2（g）+CO（g）?CH3OH（g）	△H1	K1	2.5	0.34	0.15
②CO2（g）+H2（g）?CO（g）+H2（g）	△H2	K2	1.0	1.70	2.52
③CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2（g）	△H3	K3

請回答下列問題：
（1）反應②是吸熱（填“吸熱”或“放熱”）反應．
（2）據反應①與②可推導出K₁、K₂與K₃之間的關系，則K₃=K₁×K₂（用K₁、K₂表示）．
（3）要使反應③在一定條件下建立的平衡逆向移動，可采取的措施有BC（填字母序號）．
A．縮小反應容器的容積      B．擴大反應容器的容積
C．升高溫度                D．使用合適的催化劑
E．從平衡體系中及時分離出CH₃OH
（4）500℃時，測得反應③在某時刻，H₂（g）、CO₂（g）、CH₃OH（g）、H₂O（g）的濃度（mol•L^-1）分別為0.8、0.1、0.3、0.15，則此時v正＞v逆（填“＞”、“=”或“＜”）．
（5）甲醇是重要的基礎化工原料，又是一種新型的燃料，最近有人制造了一種燃料電池，一個電極通入空氣，另一個電極加入甲醇，電池的電解質是摻雜了Y₂O₃的ZrO₂晶體，它們在高溫下能傳導O^2-離子，該電池的正極反應式為O₂+4e^-=2O^2-．電池工作時，固體電解質里的O^2-向負極移動．
（6）300℃時，在一定的壓強下，5molCO與足量的H₂在催化劑的作用下恰好完全反應變化的熱量為454kJ．在該溫度時，在容積相同的3個密閉容器中，按不同方式投入反應物，保持恒溫、恒容，測得反應達到平衡時的有關數據如表：

容器		甲	乙	丙
反應物投入量		1molCO 2mol H2	1mol CH3OH	2mol CH3OH
平衡時數據	CH3OH的濃度（mol/L）	C1	C2	C3
	反應體系的能量變化	aKJ	bKJ	cKJ
	體系壓強（Pa）	P1	P2	P3
	反應物轉化率	a1	a2	a3

下列說法正確的是D．
A．2c₁＞c₃    B．a+b＜90.8   C．2p₂＜p₃ D．α₁+α₃＜1．

Answer 1

分析 （1）反應②平衡常數隨溫度升高增大，說明升高溫度平衡正向進行，正反應是吸熱反應；
（2）反應①+②可得反應③，則平衡常數K₃=K₁×K₂；
（3）A．縮小反應容器的容積，壓強增大，平衡向氣體體積減小的方向移動；
B．擴大反應容器的容積，壓強減小，平衡向氣體增大的方向移動；
C．升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動，根據K₃=K₁×K₂判斷溫度對平衡移動影響；
D．使用合適的催化劑，不影響平衡移動；
E．從平衡體系中及時分離出CH₃OH，平衡正向移動；
（4）500℃時K₃=K₁×K₂=2.5，再計算此時濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態(tài)，若Qc＜K，反應向正反應進行，若Qc＞K，反應向逆反應進行，進而判斷v（正）、v（逆）相對大��；
（5）原電池正極發(fā)生還原反應，氧氣在正極獲得電子生成O^2-，原電池工作時，電解質溶液中陰離子向負極移動；
（6）A．甲、丙相比較，把甲等效為開始加入1molCH₃OH，丙中甲醇的物質的量為甲的2倍，壓強增大，對于反應CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移動；
B．由題目可知生成1molCH₃OH的能量變化為$\frac{454kJ}{5}$=90.8kJ，甲、乙平衡狀態(tài)相同，平衡時相同物質的物質的量相等，令平衡時甲醇為nmol，計算反應熱數值；
C．比較乙、丙可知，丙中甲醇的物質的量為乙的2倍，壓強增大，對于反應CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移動；
D．甲、乙處于相同的平衡狀態(tài)，則α₁+α₂=1，由C的分析可知α₂＞α₃．

解答 解：（1）反應②平衡常數隨溫度升高增大，說明升高溫度平衡正向進行，正反應是吸熱反應，
故答案為：吸熱；
（2）反應①+②可得反應③，則平衡常數K₃=K₁×K₂，
故答案為：K₁×K₂；
（3）A．正反應為氣體體積減小的反應，縮小反應容器的容積，壓強增大，平衡向正向移動，故A錯誤；
B．正反應為氣體體積減小的反應，擴大反應容器的容積，壓強減小，平衡逆向移動，故B正確；
C．由于K₃=K₁×K₂，由表中數據可知，升高溫度平衡常數減小，平衡逆向移動，故C正確；
D．使用合適的催化劑，可以加快反應速率，但不影響平衡移動，故D錯誤；
E．從平衡體系中及時分離出CH₃OH，生成物濃度減小，平衡正向移動，故E錯誤，
故選：BC；
（4）500℃時K₃=K₁×K₂=2.5，濃度商Qc=$\frac{0.3×0.15}{0.1×0．{8}^{3}}$=0.88＜K=2.5，反應向正反應進行，故v（正）＞v（逆），
故答案為：＞；
（5）原電池正極發(fā)生還原反應，氧氣在正極獲得電子生成O^2-，正極電極反應式為：O₂+4e^-=2O^2-，原電池工作時，電解質溶液中陰離子向負極移動，
故答案為：O₂+4e^-=2O^2-；負；
（6）A．甲、丙相比較，把甲等效為開始加入1molCH₃OH，丙中甲醇的物質的量為甲的2倍，壓強增大，對于反應CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移動，故2c₁＜c₃，故A錯誤；
B．由題目可知生成1molCH₃OH的能量變化為$\frac{454kJ}{5}$=90.8kJ，甲、乙平衡狀態(tài)相同，平衡時相同物質的物質的量相等，令平衡時甲醇為nmol，對于甲容器，a=90.8n，對應乙容器b=90.8（1-n），故a+b=90.8，故B錯誤；
C．比較乙、丙可知，丙中甲醇的物質的量為乙的2倍，壓強增大，對于反應CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移動，故2p₂＞p₃，故C錯誤；
D．甲、乙處于相同的平衡狀態(tài)，則α₁+α₂=1，由C的分析可知α₂＞α₃，所以a₁+a₃＜1，故D正確，
故答案為：D．

點評 本題考查較為綜合，涉及化學平衡計算與影響因素、平衡常數的計算與運用以及等效平衡問題、原電池等，（6）題為易錯點、難點，注意理解等效平衡問題．