Question

6．甲醇是重要的化工原料，又可作为燃料．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所示．

化学反应	平衡 常数	温度/℃
		500	700	800
①2H2（g）+CO（g）?CH3OH（g）	K1	2.5	0.34	0.15
②H2（g）+CO2（g）?H2O（g）+CO（g）	K2	1.0	1.70	2.52
③3H2（g）+CO2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）	K3

请回答下列问题：
（1）反应②是吸热（填“吸热”或“放热”）反应．
（2）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）．
（3）500℃时测得反应③在某时刻，H₂（g）、CO₂（g）、CH₃OH（g）、H₂O（g）的浓度（mol•L^-1）分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时v_正＞v_逆（填“＞”、“=”或“＜”）．
（4）反应①按照相同的物质的量投料，测得CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图1所示．
下列说法正确的是C（填序号）．
A．温度：T₁＞T₂＞T₃
B．正反应速率：v（a）＞v（c），v（b）＞v（d）
C．平衡常数：K（a）＞K（c），K（b）=K（d）
（5）新型高效的甲醇燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH₃OH和O₂．
某研究小组将两个甲醇燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图2所示．回答下列问题：

乙燃料电池的负极反应式为2CH₃OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+12H₂O．

Answer 1

分析 （1）反应②CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）的平衡常数随温度升高增大，说明平衡正向进行，升高温度平衡向吸热方向移动；
（2）平衡常数是利用生成物平衡浓度幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积，结合反应①+②得到反应③，平衡常数K₃等于反应①②平衡常数的积；
（3）500℃时，测得反应③在某时刻，CO₂（g）、H₂（g）、CH₃OH（g）、H₂O（g）的浓度分别为0.1mol•L^-1、0.8mol•L^-1、0.3mol•L^-1、0.15mol•L^-1，Q=$\frac{0.3×0.15}{0.83×0.1}$=0.88，根据浓度商与化学平衡常数相对大小确定反应方向，从而确定正逆反应速率相对大小；
（4）A．根据反应①中温度与K的关系，可推断该反应为放热反应，升温，平衡左移，CO的转化率减小；
B．温度越高，化学反应速率越大，压强越大化学反应速率越大；
C．温度越高，平衡常数越小，压强对平衡常数无影响；
（5）甲醇燃料碱性电池中，负极上甲醇失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水．

解答 解：（1）反应②CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）的平衡常数随温度升高增大，说明平衡正向进行，正反应是吸热反应；
故答案为：吸热；
（2）平衡常数是利用生成物平衡浓度幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积，结合反应①+②得到反应③，可得平衡常数K₃=K₁•K₂；
故答案为：K₁•K₂；
（3）500℃时，测得反应③在某时刻，CO₂（g）、H₂（g）、CH₃OH（g）、H₂O（g）的浓度分别为0.1mol•L^-1、0.8mol•L^-1、0.3mol•L^-1、0.15mol•L^-1，Q=$\frac{0.3×0.15}{0.83×0.1}$=0.88＜K=2.5，则此时v正＞v逆；
故答案为：＞；
（4）A．根据反应①中温度与K的关系，可推断该反应为放热反应，升温，平衡左移，CO的转化率减小，所以T₃＞T₂＞T₁，A错误；
B．T₃＞T₂＞T₁，温度越高化学反应速率越大、压强越大化学反应速率越大，则反应速率v（c）＞v（a），v（b）＞v（d），B错误；
C．温度越高，平衡常数越小，压强对平衡常数无影响，所以K（a）＞K（c），K（b）=K（d），C正确；
故选C；
（5）甲醇燃料碱性电池中，负极上甲醇失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为2CH₃OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+12H₂O，
故答案为：2CH₃OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+12H₂O．

点评 本题考查化学平衡计算、外界条件对化学平衡移动影响、原电池原理等知识点，侧重考查学生图象分析判断及计算能力，会根据浓度商与化学平衡常数相对大小确定反应方向，难点是电极反应式的书写，题目难度中等．