Question

3．工業(yè)上一般在恒容密閉容器中可以采用下列反應(yīng)合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H．如表所列數(shù)據(jù)是該反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)（K）．

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

（1）該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式是K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$，由表中數(shù)據(jù)判斷△H＜0 （填“＞”、“=”或“＜”）；
（2）某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)后，4min達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得c（CO）=0.2mol•L^-1，此時(shí)的溫度為250℃，則反應(yīng)速率v（H₂）=0.32 mol•L^-1•min^-1．
（3）T℃時(shí)，在時(shí)間t₀時(shí)刻，合成甲醇反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）達(dá)到平衡，若在t₁時(shí)刻將容器的體積縮小w為原來的$\frac{1}{2}$，假定在t₂時(shí)刻后又達(dá)到新的平衡，請(qǐng)?jiān)趫D中用曲線表示在t₁～t₂階段氫氣、甲醇物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間變化的趨勢(shì)示意圖（其它條件不變，曲線上必須標(biāo)明氫氣、甲醇）．
（4）如果用CH₃OH和空氣作燃料電池，用KOH作電解質(zhì)溶液，請(qǐng)寫出該燃料電池的負(fù)極的電極反應(yīng)式CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）平衡常數(shù)為生成物與反應(yīng)物濃度冪之積的比值，升高溫度，可逆反應(yīng)向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，根據(jù)平衡常數(shù)與溫度變化關(guān)系確定焓變；
（2）根據(jù)平衡濃度計(jì)算出平衡常數(shù)來確定溫度；根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算反應(yīng)速率；
（3）若在t₁時(shí)刻將容器的體積縮小一倍，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，各組分的濃度立即增加原來的一倍，然后是平衡開始正向移動(dòng)；
（4）堿性條件下，甲醇在負(fù)極被氧化生成碳酸根離子和水．

解答 解：（1）平衡常數(shù)為生成物與反應(yīng)物濃度冪之積的比值，對(duì)于CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），破壞常數(shù)的表達(dá)式為K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$，升高溫度，平衡向吸熱方向移動(dòng)，根據(jù)表格知，溫度越高，化學(xué)平衡常數(shù)越小，說明平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，即△H＜0，
故答案為：K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；＜；
（2）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始 1mol/L      3mol/L       0 
轉(zhuǎn)化      0.8mol/L       1.6mol/L    0.8mol/L
平衡    0.2mol/L    1.4mol/L       0.8mol/L
平衡常數(shù)K=$\frac{0.8}{0.2×1．{4}^{2}}$=2.04，所以是250℃；
反應(yīng)速率v（H₂）=$\frac{1.6mol/L}{5min}$=0.32 mol•L^-1•min^-1，
故答案為：250℃；0.32 mol•L^-1•min^-1；
（3）若在t₁時(shí)刻將容器的體積縮小一倍，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，各組分的濃度立即增加原來的一倍，然后是平衡開始正向移動(dòng)，至新平衡，圖示如下：
假定在t₂時(shí)刻后又達(dá)到新的平衡；
故答案為：；
（4）用CH₃OH和空氣作燃料電池，用KOH作電解質(zhì)溶液，負(fù)極CH₃OH失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，則負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查化學(xué)破壞的計(jì)算，涉及影響化學(xué)平衡移動(dòng)的因素、速率的計(jì)算、電極反應(yīng)式的書寫等知識(shí)點(diǎn)，為高考常見題型，難度大，有利于提高學(xué)生的分析能力及靈活應(yīng)用能力．