Question

16．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(lái)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）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）．500℃時(shí)測(cè)得反應(yīng)③在某時(shí)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(shí) V_正＞ V_逆（填“＞”、“=”或“＜”）．
（2）在3L容積可變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)②，已知c（CO）-反應(yīng)時(shí)間t變化曲線(xiàn)Ⅰ如圖所示，若在t₀時(shí)刻分別改變一個(gè)條件，曲線(xiàn)Ⅰ變?yōu)榍�線(xiàn)Ⅱ和曲線(xiàn)Ⅲ．
當(dāng)曲線(xiàn)Ⅰ變?yōu)榍�線(xiàn)Ⅱ時(shí)，改變的條件是加入催化劑．
當(dāng)曲線(xiàn)Ⅰ變?yōu)榍�線(xiàn)Ⅲ時(shí)，改變的條件是將容器的體積快速壓縮至2L．
（3）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/LBa（OH）₂溶液等體積混合，反應(yīng)平衡時(shí)，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^-7．

Answer 1

分析 （1）分析反應(yīng)特征可知平衡常數(shù)K₃=K₁×K₂，計(jì)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；依據(jù)某時(shí)刻濃度商計(jì)算和平衡常數(shù)比較判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向；
（2）圖象分析曲線(xiàn)Ⅰ變化為曲線(xiàn)Ⅱ是縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)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(shuō)明改變的是加入了催化劑；當(dāng)曲線(xiàn)Ⅰ變?yōu)榍�線(xiàn)Ⅲ時(shí)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；
（3）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(wú)關(guān)，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(shí)，2c（Ba²⁺）=c（CH₃COO^-）=bmol/L，溶液中c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液呈中性，結(jié)合電離平衡常數(shù)概念計(jì)算．

解答 解：（1）反應(yīng)③3H₂（g）+CO₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）是氣體體積減小的反應(yīng)△S＜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，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(jìn)行，所以判斷反應(yīng)是放熱反應(yīng)，焓變△H＜0，在500℃、2L的密閉容器中，進(jìn)行反應(yīng)③，測(cè)得反應(yīng)③在某時(shí)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，Q=$\frac{0.15×0.3}{0．{8}^{3}×0.1}$=0.87＜K=2.5，反應(yīng)正向進(jìn)行，V正＞V逆，
故答案為：K₁•K₂；＞；
（2）圖象分析曲線(xiàn)Ⅰ變化為曲線(xiàn)Ⅱ是縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間，最后達(dá)到相同平衡狀態(tài)，體積是可變的，是恒壓容器，說(shuō)明改變的是加入了催化劑；
當(dāng)曲線(xiàn)Ⅰ變?yōu)榍�線(xiàn)Ⅲ時(shí)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(xiàn)Ⅰ，體積為3L，一氧化碳濃度為3mol/L，改變條件當(dāng)曲線(xiàn)Ⅰ變?yōu)榍�線(xiàn)Ⅲ時(shí)，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；
（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(shí)，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(xiě)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(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡影響因素分析判斷，平衡常數(shù)計(jì)算和影響條件的應(yīng)用，難溶電解質(zhì)溶液中溶度積的計(jì)算，題目綜合性較大．