Question

14．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）反應(yīng)②是吸熱（填“吸熱”或“放熱”）反應(yīng)．
（2）某溫度下反應(yīng)①中H₂的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與體系總壓強（p）的關(guān)系如圖1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=K₁•K₂（用K₁、K₂表示），反應(yīng)③為放熱反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”）．

（3）在3L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如圖2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．
當曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅲ時，改變的條件是將容器的體積快速壓縮至2L．
（4）甲醇燃料電池有著廣泛的用途，同時Al-AgO電池是應(yīng)用廣泛的魚雷電池，其原理如圖3所示．則該電池的負極反應(yīng)式是Al-3e^-+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
（5）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^-1的醋酸與b mol•L^-1 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$\frac{2b}{a-2b}×1{0}^{-7}$L/mol．

Answer 1

分析 （1）分析圖表數(shù)據(jù)，反應(yīng)②平衡常數(shù)隨溫度升高增大，平衡正向進行，正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；
（2）化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變其不變；分析反應(yīng)特征可知平衡常數(shù)K₃=K₁×K₂，計算不同溫度下反應(yīng)③的平衡常數(shù)，結(jié)合溫度變化分析判斷反應(yīng)焓變△H＜0，依據(jù)反應(yīng)①+②得到反應(yīng)③，所以平衡常數(shù)K₃=K₁×K₂；
（3）圖象分析曲線Ⅰ變化為曲線Ⅱ是縮短反應(yīng)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；當曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅲ時一氧化碳物質(zhì)的量增大，反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，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；
（4）Al-AgO電池中Al在負極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，在堿酸溶液中生成偏鋁酸根離子；
（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）分析圖表數(shù)據(jù)，反應(yīng)②平衡常數(shù)隨溫度升高增大，平衡正向進行，正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，故答案為：吸熱；
（2）化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變其不變，所以K_A=K_B；反應(yīng)③3H₂（g）+CO₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g），分析三個反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式可知平衡常數(shù)K₃=K₁×K₂，計算不同溫度下反應(yīng)③的平衡常數(shù)，500°C時，K₃=K₁×K₂=2.5×1.0=2.5，800°C時，K₃=K₁×K₂=2.5×0.15=0.375，結(jié)合溫度變化分析，隨溫度升高，平衡常數(shù)減小，平衡逆向進行，所以判斷反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故答案為：=；K₁•K₂；放熱；
（3）圖象分析曲線Ⅰ變化為曲線Ⅱ是縮短反應(yīng)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；當曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅲ時一氧化碳物質(zhì)的量增大，反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，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，改變條件不好為曲線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；
故答案為：加入催化劑；將容器的體積快速壓縮至2L；
（4）Al-AgO電池中Al在負極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，在堿酸溶液中生成偏鋁酸根離子，負極電極反應(yīng)為：Al-3e^-+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案為：Al-3e^-+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
（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=$\frac{[C{H}_{3}CO{O}^{-}]•[{H}^{+}]}{[C{H}_{3}COOH]}$=$\frac{b×1{0}^{-7}}{\frac{a}{2}-b}$=$\frac{2b}{a-2b}×1{0}^{-7}$L/mol；
故答案為：$\frac{2b}{a-2b}×1{0}^{-7}$L/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，電極反應(yīng)式書寫等等，題目綜合性較強、難度較大．