Question

【题目】一氧化碳、二氧化碳的利用具有十分重要的意义，科学家提出以下几个设想：

Ⅰ.二氧化碳与氢气在催化剂作用下可制取低碳烯烃。

在一恒容密闭容器中分别投入1 molCO2、3molH2，发生反应：2CO2(g) + 6H2(g)C2H4(g) + 4H2O(g) △H；在不同温度下，用传感技术测出平衡时H2的物质的量变化关系如图。则△H______ 0 (填“>”“<”或“不能确定”)。

Ⅱ. 甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知甲醇制备的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示：

化学反应	平衡常数	温度℃
		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）某温度下反应①中H2的平衡转化率（a）与体系总压强(P)的关系，如左下图所示。则平衡状态由A变到B时，平衡常数K(A)_____________K(B)（填“＞”、“＜”或“＝”）。据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3=_______（用K1、K2表示）。

（2）在3 L容积可变的密闭容器中发生反应②，已知c(CO)与反应时间t变化曲线Ⅰ如右上图所示，若在t0时刻分别改变一个条件，曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ和曲线Ⅲ。

当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时，改变的条件是_____________________。

（3）一种甲醇燃料电池，使用的电解质溶液是2mol·L－1的KOH溶液。

请写出加入(通入)b物质一极的电极反应式_________________；每消耗6.4g甲醇转移的电子数为_______________。

（4）一定条件下甲醇与一氧化碳反应可以合成乙酸。通常状况下，将a mol/L的醋酸与b mol/L Ba(OH)2溶液等体积混合后，溶液中：2c(Ba2＋)= c(CH3COO-)，用含a和b的代数式表示该混合溶液中醋酸的电离常数Ka为________________mol/L。

Answer 1

【答案】<=K1·K2将体积压缩为2 LO2 + 4e－+ 2H2O = 4OH－1.2NA(1.2×6.02×1023)2×10-7b/(a-2b)

【解析】

I.根据图像，结合温度对化学平衡的影响判断。

II. （1）化学平衡常数只与温度有关。根据化学平衡常数的表达式分析K1、K2、K3之间的关系。

（2）根据改变条件的瞬间和平衡时c（CO）的变化，结合方程式的特点分析。

（3）根据电子的流向判断燃料电池的正负极，进一步书写电极反应式、进行计算。

（4）根据电荷守恒、物料守恒分别计算c（H+）和c（CH3COOH），结合电离平衡常数表达式计算Ka。

I.根据图像，升高温度平衡时H2物质的量增大，即平衡向逆反应方向移动，逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，ΔH<0。

II.（1）化学平衡常数只与温度有关，平衡状态A与B的温度相同，平衡常数K（A）=K（B）。根据化学平衡常数的概念，反应①、②、③的化学平衡常数表达式依次为、、，可见K3=K1·K2。

（2）根据表中的化学平衡常数，升高温度反应②的化学平衡常数增大，反应②的正反应是吸热反应，反应②反应前后气体分子数不变。根据图像，曲线III相对于曲线I，改变的条件的瞬间c（CO）由2mol/L突然增大到3mol/L，c（CO）突然增大到曲线I的1.5倍；曲线III比曲线I先达到平衡，曲线III平衡时c（CO）等于曲线I平衡时c（CO）的1.5倍；曲线I变为曲线III时改变的条件是：将体积由3L压缩至2L。

（3）根据装置图中电子的流向，加入a物质的电极为燃料电池的负极，通入b物质的电极为燃料电池的正极，则a物质为CH3OH，b物质为O2，电解质溶液为KOH溶液，通入b物质一极的电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-。n（CH3OH）==0.2mol，加入CH3OH一极的电极反应式为CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，每消耗6.4g CH3OH转移电子物质的量为0.2mol×6=1.2mol，转移的电子数为1.2NA（或1.2×6.02×1023）。

（4）醋酸与Ba（OH）2溶液混合后，溶液中的电荷守恒为c（H+）+2c（Ba2+）=c（OH-）+c（CH3COO-），由于溶液中2c（Ba2+）= c（CH3COO-），所以c（H+）=c（OH-），溶液呈中性，通常情况下c（H+）=1×10-7mol/L；amol/L的醋酸与bmol/LBa（OH）2溶液等体积混合后溶液中c（Ba2+）=mol/L，溶液中的物料守恒为c（CH3COOH）+c（CH3COO-）=mol/L，溶液中2c（Ba2+）= c（CH3COO-），则溶液中c（CH3COO-）=bmol/L，c（CH3COOH）=（-b）mol/L，醋酸的电离常数=mol/L=mol/L。