Question

16．利用CO和H₂合成甲醇，其反应的化学方程式为CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．今在一容积可变的密闭容器中，充有10mol CO和20mol H₂用于合成甲醇．CO的平衡转化率（α）与温度（T）、压强（P）的关系如图所示：
（1）写出该反应的平衡常数表达式为$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）c（{H}_{2}）^{2}}$．
（2）上述合成甲醇的反应为放热反应（填“放热”或“吸热”）．
A、B、C三点的平衡常数K_A、K_B、K_C的大小关系为K_A=K_B＞K_C．A、B两点对应的压强大小关系是P_A小于P_B（填“大于”、“小于”或“等于”）．
（3）若将达到平衡状态A时生成的甲醇用于构成甲醇一氧气燃料电池，电解质溶液为H₂SO₄溶液，则该电池工作时负极的电极反应式为CH₃OH（g）+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，理论上通过外电路的电子最多为30mol．

Answer 1

分析 （1）K等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，结合平衡浓度计算；
（2）化学平衡图象分析方法，平衡图象题主要注意三点一趋势，三点是：图象的起点、拐点、终点，一趋势是看曲线的变化趋势．当然要看好横、纵坐标的向量；
对于一个给定的化学反应，化学平衡常数的影响因素只有温度；
相同温度下，增大压强平衡右移，CO的转化率增大；
（3）依据原电池原理分析，燃料电池是燃料在负极失电子发生氧化反应，正极是氧气得到电子发生还原反应，依据电解质溶液时酸性溶液书写电极反应；
由图示可知，在平衡状态B时，CO转化率为0.5，可知生成甲醇的物质的量为5mol，根据电极反应式计算外电路通过电子．

解答 解：（1）反应的化学方程式为CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）c（{H}_{2}）^{2}}$，故答案为：$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）c（{H}_{2}）^{2}}$；
（2）从图上可见，在P₂时，随温度的升高CO的转化率越来越低，可见，升温时平衡向逆向移动，据勒夏特列原理，正反应放热．化学平衡常数只受温度的影响，该反应放热，温度越高平衡逆向移动，K值减小．相同温度下，增大压强平衡右移，CO的转化率增大，即CO转化率越大压强越大，
故答案为：放热； K_A=K_B＞K_C；小于；
（3）甲醇是一种燃料，可利用甲醇设计一个燃料电池，用稀硫酸作电解质溶液，多孔石墨做电极，负极电极反应为：CH₃OH（g）+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺．由图示可知，在平衡状态A时，CO转化率为0.5，可知生成甲醇的物质的量为5mol，根据电极反应式可知失去电子数为：5mol×6=30mol，
故答案为：CH₃OH（g）+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺；30．

点评 本题考查较综合，主要是平衡常数、化学平衡图象及平衡移动影响因素、原电池电极反应书写等，侧重分析能力、计算能力及知识迁移应用能力的考查，综合性较强，题目难度中等．