Question

19．請回答下列化學平衡的有關問題：
（1）CO和H₂在一定條件下合成甲醇的反應為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H．現(xiàn)在容積均為1L的a、b、c、d、e五個密閉容器中分別充入1mol CO和2mol H₂的混合氣體，控溫，進行實驗，測得相關數(shù)據(jù)如圖1和圖2．

①該反應為放熱反應（填“放熱”或“吸熱”），該反應的化學平衡常數(shù)表達式為$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$，隨溫度降低，K增大（填“增大”或“減小”）．
②將容器d中的狀態(tài)轉變到容器c中的狀態(tài)，可采取的措施有降溫、增壓．
③圖2中，達到化學平衡狀態(tài)的容器有cde．
（2）某燃料電池以熔融態(tài)K₂CO₃為電解質，一極通入CO，另一極通入空氣和CO₂的混合氣體．已知該燃料電池正極反應為2CO₂+O₂+4e^-═2CO₃^2-，則其負極的電極反應式為CO+CO₃^2--2e^-=2CO₂．
（3）煤汽化后的煤渣可提煉重金屬．圖3為某溫度下，F(xiàn)e（OH）₃（s）、Mg（OH）₂（s）分別在溶液中達到沉淀溶解平衡后，改變溶液的pH，金屬陽離子濃度變化情況．據(jù)圖分析：
該溫度下，溶度積常數(shù)的關系為K_sp[Fe（OH）₃]＜K_sp[Mg（OH）₂]（填“＞”“=”或“＜”）；如果在新生成的Mg（OH）₂濁液中滴入足量的Fe³⁺，振蕩后，白色沉淀會全部轉化為紅褐色沉淀，原因是濁液中存在溶解平衡：Mg（OH）₂?Mg²⁺+2OH^-，當加入Fe³⁺后與OH^-生成更難溶解的Fe（OH）₃，使平衡繼續(xù)向右移動，最后Mg（OH）₂全部溶解轉化為紅棕色的Fe（OH）₃．

Answer 1

分析 （1）①．根據(jù)圖1升判斷出溫度對平衡的影響，從圖象可以看出，升高溫度，甲醇的物質的量減少，說明正反應是放熱反應；平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$；根據(jù)正反應是放熱反應，溫度降低，平衡正向移動，平衡常數(shù)增大；
②．根據(jù)圖2，分析反應進行到T₃時，反應達平衡，然后溫度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反應進行，說明正反應放熱，然后根據(jù)外界條件對化學平衡的影響來解答；
③圖象分析可知甲醇體積分數(shù)隨溫度升高增大，到T₃后體積分數(shù)減小，說明c點達到平衡狀態(tài)，de點是升溫平衡向逆向進行；
（2）根據(jù)電池反應式=正極反應式+負極反應式，寫出負極反應式；
（3）根據(jù)圖象找出可用來比較Fe（OH）₃與Mg（OH）₂溶度積常數(shù)點，根據(jù)溶度積常數(shù)的公式計算；根據(jù)Ksp[Fe（OH）₃]＜Ksp[Mg（OH）₂]，利用平衡移動原理來解釋．

解答 解：（1）①圖1可以看出，甲醇的物質的量為0.6mol的曲線溫度大，說明升高溫度，甲醇的物質的量減少，即平衡逆向移動，說明正反應是放熱反應，所以△H₃＜0，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$，因正反應是放熱反應，溫度降低，平衡正向移動，平衡常數(shù)增大，所以說低溫時平衡常數(shù)大，
故答案為：放熱；$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$；增大；
②因正反應為放熱反應，同時是氣體化學計量數(shù)減小的反應，將容器d中的狀態(tài)轉變到容器c中的狀態(tài)，甲醇體積分數(shù)增大，平衡正向進行，所以可通過降低溫度、增壓等措施使平衡正向移動，
故答案為：降溫、增壓；
③圖象分析可知甲醇體積分數(shù)隨溫度升高增大，到T₃后體積分數(shù)減小，說明ab點未達到平衡狀態(tài)，c點達到平衡狀態(tài)，de點是升溫平衡向逆向進行達到平衡狀態(tài)，
達到化學平衡狀態(tài)的容器有cde，
故答案為：cde；
（2）電池的總反應為：2CO+O₂=2CO₂，正極反應為2CO₂+O₂+4e^-=2CO₃^2-，所以負極的電極反應式為：CO+CO₃^2--2e^-=2CO₂，
故答案為：CO+CO₃^2--2e^-=2CO₂，
（3）由b、c兩點得：K_SP[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）•（OH^-）³=c（Fe³⁺）•（10^-12.7）³，而K_SP[Mg（OH）₂]=c（Mg²⁺）•（OH^-）²=c（Mg²⁺）•（10^-9.6）²，因c（Fe³⁺）=c（Mg²⁺），所以K_SP[Fe（OH）₃]＜K_SP[Mg（OH）₂]，
故答案為：＜；濁液中存在溶解平衡：Mg（OH）₂?Mg²⁺+2OH^-，當加入Fe³⁺后與OH^-生成更難溶解的Fe（OH）₃，使平衡繼續(xù)向右移動，最后Mg（OH）₂全部溶解轉化為紅褐色的Fe（OH）₃．

點評 本題主要考查了熱化學方程式、原電池原理、化學平衡移動等知識，題目難度中等，要能夠從圖中提取信息．