Question

16．1923年以前，甲醇一般是用木材或其廢料的分解蒸餾來生產(chǎn)的．現(xiàn)在工業(yè)上合成甲醇幾乎全部采用一氧化碳或二氧化碳加壓催化加氫的方法，工藝過程包括造氣、合成凈化、甲醇合成和粗甲醇精餾等工序．
已知甲醇制備的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)以及在不同溫度下的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)如下表所示：

化學(xué)反應(yīng)	平衡常數(shù)	溫度℃
		500	800
①2H2（g）+CO（g）?CH3OH（g）	K1	2.5	0.15
②2H2（g）+CO2（g）?H2O+CO（g）	K2	1.0	2.50
③3H2（g）+CO2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）	K3

（1）反應(yīng)②是吸熱（填“吸熱”或“放熱”）反應(yīng)．
（2）某溫度下反應(yīng)①中H₂的平衡轉(zhuǎn)化率（a）與體系總壓強(qiáng)（P）的關(guān)系如圖1所示．則平衡狀態(tài)由A變到B時，平衡常數(shù)K（A）=K（B）（填“＞”、“＜”或“=”）．
據(jù)反應(yīng)①與②可推導(dǎo)出K₁、K₂與K₃之間的關(guān)系，則K₃=K₁•K₂（用K₁、K₂表示）．

（3）在3L容積可變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)②，已知c（CO）與反應(yīng)時間t變化曲線Ⅰ如圖2所示，若在t₀時刻分別改變一個條件，則曲線Ⅰ可變?yōu)榍�線Ⅱ和曲線Ⅲ．當(dāng)曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅱ時，改變的條件是加入催化劑．當(dāng)曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅲ時，改變的條件是將容器的體積（快速）壓縮至2L．
（4）甲醇燃料電池有著廣泛的用途，若采用鉑為電極材料，兩極上分別通入甲醇和氧氣，以氫氧化鉀溶液為電解質(zhì)溶液，則該堿性燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式是CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)反應(yīng)②平衡常數(shù)隨溫度變化分析判斷平衡移動方向，圖表中的數(shù)據(jù)可知平衡常數(shù)隨溫度升高而增大；
（2）某溫度下反應(yīng)①中H₂的平衡轉(zhuǎn)化率（a）與體系總壓強(qiáng)（P）的關(guān)系分析，溫度不變平衡常數(shù)不變；書寫反應(yīng)①②③的平衡常數(shù)表達(dá)式，結(jié)合特征就是得到反應(yīng)③的平衡常數(shù)，分析反應(yīng)特征可知平衡常數(shù)K₃=K₁×K₂；
（3）圖象分析曲線Ⅰ變化為曲線Ⅱ是縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時間，最后達(dá)到相同平衡狀態(tài)，體積是可變得是恒壓容器，說明改變的是加入了催化劑；當(dāng)曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅲ時一氧化碳物質(zhì)的量增大，反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，可變?nèi)萜髦袣怏w體積和濃度成反比，氣體物質(zhì)的量不變；
（4）甲醇燃料電池中燃料在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，堿溶液中甲醇失電子生成碳酸根離子；

解答 解：（1）圖表中反應(yīng)②平衡常數(shù)隨溫度變化，500°C變化到800°C，平衡常數(shù)從1.0變化為2.5，溫度升高平衡常數(shù)增大，平衡正向進(jìn)行，說明正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；
故答案為：吸熱；   
（2）某溫度下反應(yīng)①中H₂的平衡轉(zhuǎn)化率（a）與體系總壓強(qiáng)（P）的關(guān)系分析，平衡狀態(tài)由A變到B時溫度不變，平衡常數(shù)不變，K（A）=K（B），
①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g），平衡常數(shù)K₁=$\frac{[C{H}_{3}OH]}{[{H}_{2}]^{2}[CO]}$，②2H₂（g）+CO₂（g）?H₂O+CO（g），平衡常數(shù)K₂=$\frac{[CO][{H}_{2}O]}{[{H}_{2}]^{2}[C{O}_{2}]}$
依據(jù)反應(yīng)①+②得到反應(yīng)③3H₂（g）+CO₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g），平衡常數(shù)K₃=$\frac{[C{H}_{3}OH][{H}_{2}O]}{[{H}_{2}]^{3}[C{O}_{2}]}$=$\frac{[C{H}_{3}OH]}{[{H}_{2}]^{2}[CO]}$×$\frac{[CO][{H}_{2}O]}{[{H}_{2}]^{2}[C{O}_{2}]}$，所以平衡常數(shù)K₃=K₁×K₂，
故答案為：=，K₁•K₂；
（3）圖象分析曲線Ⅰ變化為曲線Ⅱ是縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時間，最后達(dá)到相同平衡狀態(tài)，體積是可變得是恒壓容器，說明改變的是加入了催化劑，當(dāng)曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅲ時一氧化碳物質(zhì)的量增大，反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，可變?nèi)萜髦袣怏w體積和濃度成反比，氣體物質(zhì)的量不變，曲線Ⅰ時容器體積為3L，一氧化碳濃度為3mol/L，改變條件變化為曲線Ⅱ，一氧化碳濃度為4.5mol/L，則體積壓縮體積為：3：V=4.5：3，V=2L，所以將容器的體積快速壓縮至2L符合，
故答案為：加入催化劑，將容器的體積快速壓縮至2L；
（4）甲醇燃料電池中燃料在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，堿溶液中甲醇失電子生成碳酸根離子，負(fù)極電極反應(yīng)為：CH₃OH-6 e^-+8 OH^-=CO₃^2-+6 H₂O，
故答案為：CH₃OH-6 e^-+8 OH^-=CO₃^2-+6 H₂O；

點評 本題考查了化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)平衡影響因素、圖象變化特征的分析，原電池原理的應(yīng)用，主要是弱電解質(zhì)電離平衡常數(shù)的計算，題目難度中等．