Question

14．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）反应②是吸热（填“吸热”或“放热”）反应．
（2）某温度下反应①中H₂的平衡转化率（α）与体系总压强（p）的关系如图1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=K₁•K₂（用K₁、K₂表示），反应③为放热反应（填“吸热”或“放热”）．

（3）在3L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如图2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Ⅱ时，改变的条件是加入催化剂．
当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时，改变的条件是将容器的体积快速压缩至2L．
（4）甲醇燃料电池有着广泛的用途，同时Al-AgO电池是应用广泛的鱼雷电池，其原理如图3所示．则该电池的负极反应式是Al-3e^-+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
（5）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^-1的醋酸与b mol•L^-1 Ba（OH）₂溶液等体积混合，反应平衡时，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为$\frac{2b}{a-2b}×1{0}^{-7}$L/mol．

Answer 1

分析 （1）分析图表数据，反应②平衡常数随温度升高增大，平衡正向进行，正反应是吸热反应；
（2）化学平衡常数只受温度影响，温度不变其不变；分析反应特征可知平衡常数K₃=K₁×K₂，计算不同温度下反应③的平衡常数，结合温度变化分析判断反应焓变△H＜0，依据反应①+②得到反应③，所以平衡常数K₃=K₁×K₂；
（3）图象分析曲线Ⅰ变化为曲线Ⅱ是缩短反应达到平衡的时间，最后达到相同平衡状态，体积是可变得是恒压容器，说明改变的是加入了催化剂；当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时一氧化碳物质的量增大，反应是气体体积不变的反应，可变容器中气体体积和浓度成反比，气体物质的量不变；
（4）Al-AgO电池中Al在负极失电子发生氧化反应，在碱酸溶液中生成偏铝酸根离子；
（5）溶液等体积混合溶质浓度减少一半，醋酸电离平衡常数与浓度无关，结合概念计算．

解答 解：（1）分析图表数据，反应②平衡常数随温度升高增大，平衡正向进行，正反应是吸热反应，故答案为：吸热；
（2）化学平衡常数只受温度影响，温度不变其不变，所以K_A=K_B；反应③3H₂（g）+CO₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g），分析三个反应的平衡常数表达式可知平衡常数K₃=K₁×K₂，计算不同温度下反应③的平衡常数，500°C时，K₃=K₁×K₂=2.5×1.0=2.5，800°C时，K₃=K₁×K₂=2.5×0.15=0.375，结合温度变化分析，随温度升高，平衡常数减小，平衡逆向进行，所以判断反应是放热反应，故答案为：=；K₁•K₂；放热；
（3）图象分析曲线Ⅰ变化为曲线Ⅱ是缩短反应达到平衡的时间，最后达到相同平衡状态，体积是可变得是恒压容器，说明改变的是加入了催化剂；当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时一氧化碳物质的量增大，反应是气体体积不变的反应，可变容器中气体体积和浓度成反比，气体物质的量不变，曲线Ⅰ，体积为3L，一氧化碳浓度为3mol/L，改变条件不好为曲线Ⅱ，一氧化碳浓度为4.5mol/L，则体积压缩体积为：3：V=4.5：3，V=2L，所以将容器的体积快速压缩至2L符合；
故答案为：加入催化剂；将容器的体积快速压缩至2L；
（4）Al-AgO电池中Al在负极失电子发生氧化反应，在碱酸溶液中生成偏铝酸根离子，负极电极反应为：Al-3e^-+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案为：Al-3e^-+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
（5）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，溶液中溶质为醋酸钡和氢氧化钡，反应平衡时，2c（Ba²⁺）=c（CH₃COO^-）=bmol/L，溶液中c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液呈中性，醋酸电离平衡常数依据电离方程式写出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；
故答案为：$\frac{2b}{a-2b}×1{0}^{-7}$L/mol．

点评 本题考查了化学平衡影响因素分析判断，平衡常数计算和影响条件的应用，电极反应式书写等等，题目综合性较强、难度较大．