Question

3．工业上一般在恒容密闭容器中可以采用下列反应合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H．如表所列数据是该反应在不同温度下的化学平衡常数（K）．

温度	250℃	300℃	350℃
K/L2•mol-2	2.041	0.270	0.012

（1）该反应的平衡常数表达式是K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$，由表中数据判断△H＜0 （填“＞”、“=”或“＜”）；
（2）某温度下，将2mol CO和6mol H₂充入2L的密闭容器中，充分反应后，4min达到平衡时测得c（CO）=0.2mol•L^-1，此时的温度为250℃，则反应速率v（H₂）=0.32 mol•L^-1•min^-1．
（3）T℃时，在时间t₀时刻，合成甲醇反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）达到平衡，若在t₁时刻将容器的体积缩小w为原来的$\frac{1}{2}$，假定在t₂时刻后又达到新的平衡，请在图中用曲线表示在t₁～t₂阶段氢气、甲醇物质的量浓度随时间变化的趋势示意图（其它条件不变，曲线上必须标明氢气、甲醇）．
（4）如果用CH₃OH和空气作燃料电池，用KOH作电解质溶液，请写出该燃料电池的负极的电极反应式CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）平衡常数为生成物与反应物浓度幂之积的比值，升高温度，可逆反应向吸热反应方向移动，根据平衡常数与温度变化关系确定焓变；
（2）根据平衡浓度计算出平衡常数来确定温度；根据v=$\frac{△c}{△t}$计算反应速率；
（3）若在t₁时刻将容器的体积缩小一倍，相当于增大压强，各组分的浓度立即增加原来的一倍，然后是平衡开始正向移动；
（4）碱性条件下，甲醇在负极被氧化生成碳酸根离子和水．

解答 解：（1）平衡常数为生成物与反应物浓度幂之积的比值，对于CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），破坏常数的表达式为K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$，升高温度，平衡向吸热方向移动，根据表格知，温度越高，化学平衡常数越小，说明平衡向逆反应方向移动，所以正反应是放热反应，即△H＜0，
故答案为：K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；＜；
（2）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
开始 1mol/L      3mol/L       0 
转化      0.8mol/L       1.6mol/L    0.8mol/L
平衡    0.2mol/L    1.4mol/L       0.8mol/L
平衡常数K=$\frac{0.8}{0.2×1．{4}^{2}}$=2.04，所以是250℃；
反应速率v（H₂）=$\frac{1.6mol/L}{5min}$=0.32 mol•L^-1•min^-1，
故答案为：250℃；0.32 mol•L^-1•min^-1；
（3）若在t₁时刻将容器的体积缩小一倍，相当于增大压强，各组分的浓度立即增加原来的一倍，然后是平衡开始正向移动，至新平衡，图示如下：
假定在t₂时刻后又达到新的平衡；
故答案为：；
（4）用CH₃OH和空气作燃料电池，用KOH作电解质溶液，负极CH₃OH失电子发生氧化反应，则负极的电极反应式为CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

点评 本题综合考查化学破坏的计算，涉及影响化学平衡移动的因素、速率的计算、电极反应式的书写等知识点，为高考常见题型，难度大，有利于提高学生的分析能力及灵活应用能力．