Question

14．甲醇是重要的化學工業(yè)基礎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化學反應以及在不同溫度下的化學反應平衡常數(shù)如下表所示：

化學反應	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②是吸熱（填“吸熱”或“放熱”）反應．
（2）某溫度下反應①中H₂的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與體系總壓強（p）的關系如圖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），反應③為放熱反應（填“吸熱”或“放熱”）．

（3）在3L容積可變的密閉容器中發(fā)生反應②，已知c（CO）與反應時間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式是Al-3e^-+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
（5）一定條件下甲醇與一氧化碳反應可以合成乙酸．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②平衡常數(shù)隨溫度升高增大，平衡正向進行，正反應是吸熱反應；
（2）化學平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變其不變；分析反應特征可知平衡常數(shù)K₃=K₁×K₂，計算不同溫度下反應③的平衡常數(shù)，結合溫度變化分析判斷反應焓變△H＜0，依據(jù)反應①+②得到反應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，反應是氣體體積不變的反應，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，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，結合概念計算．

解答 解：（1）分析圖表數(shù)據(jù)，反應②平衡常數(shù)隨溫度升高增大，平衡正向進行，正反應是吸熱反應，故答案為：吸熱；
（2）化學平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變其不變，所以K_A=K_B；反應③3H₂（g）+CO₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g），分析三個反應的平衡常數(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，所以判斷反應是放熱反應，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，反應是氣體體積不變的反應，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，在堿酸溶液中生成偏鋁酸根離子，負極電極反應為：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 本題考查了化學平衡影響因素分析判斷，平衡常數(shù)計算和影響條件的應用，電極反應式書寫等等，題目綜合性較強、難度較大．