Question

14．甲醇是结构最为简单的饱和一元醇，又称“木醇”或“木精”．甲醇是一碳化学基础的原料和优质的燃料，主要应用于精细化工、塑料、能源等领域．已知甲醇制备的有关化学反应如下：反应①：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-90.77kJ/mol　反应②：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₂　　反应③：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃=-49.58kJ/mol
（1）反应②的△H₂=+41.19kJ•mol^-1
（2）若500℃时三个反应的平衡常数依次为K₁、K₂与K₃，已知500℃时K₁、K₂的值分别为2.5、1.0，并测得该温度下反应③在某时刻，H₂（g）、CO₂（g）、CH₃OH（g）、H₂O（g）的浓度（mol/L）分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时V_正＞V_逆（填“＞”、“=”或“＜”）
（3）在3L容积可变的密闭容器中发生反应②，c（CO）随反应时间t变化如图1中曲线I所示．若在t₀时刻分别改变一个条件，曲线I变为曲线II和曲线III．当曲线I变为曲线II时，改变的条件是加入催化剂．当通过改变压强使曲线I变为曲线III时，曲线III达到平衡时容器的体积为2L．

（4）甲醇燃料电池可能成为未来便携电子产品应用的主流．某种甲醇燃料电池工作原理如图2所示，则通入a气体的电极电极反应式为CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺
（5）一定条件下甲醇与一氧化碳反应可以合成乙酸．常温条件下，将a mol/L的CH₃COOH与b mol/L Ba（OH）₂溶液等体积混合，反应平衡时，2c（Ba²⁺）=c（CH₃COO^-），用含a和b的代数式表示该混合溶液中醋酸的电离常数为$\frac{2b}{a-2b}$×10^-7L/mol．

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律：②=③-①得反应②的△H₂；
（2）依据反应①+②得到反应③，所以平衡常数K₃=K₁×K₂，依据某时刻浓度商计算和平衡常数比较判断反应进行的方向；
（3）图象分析曲线Ⅰ变化为曲线Ⅱ是缩短反应达到平衡的时间，最后达到相同平衡状态，体积是可变得是恒压容器，说明改变的是加入了催化剂；曲线I变为曲线III时，一氧化碳的浓度由0.3mol/L变为0.45mol/L，容器的体积由3L变为2L；
（4）根据题给装置知本题考查酸性甲醇燃料电池，根据外电路电子流向判断左侧电极为电池的负极，发生氧化反应；
（5）溶液等体积混合溶质浓度减少一半，醋酸电离平衡常数与浓度无关，结合概念计算．

解答 解：（1）已知反应①：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-90.77kJ/mol，反应②：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₂，反应③：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃=-49.58kJ/mol，根据盖斯定律：②=③-①得反应②的△H₂=+41.19 kJ•mol^-1，
故答案为：+41.19 kJ•mol^-1；
（2）根据已知反应确定K₁=c（CH₃OH）/c（CO）c²（H₂）、K₂=c（CO）c（H₂O）/c（CO₂）c（H₂）、K₃=c（CH₃OH） c（H₂O）/c（CO₂）c³（H₂），则K₃=K₁•K₂．500℃时K₁、K₂的值分别为2.5、1.0，则K₃=K₁•K₂=2.5，该温度下反应③在某时刻，Q=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.3×0.15}{0.1×0．{8}^{3}}$=0.9＜K₃，反应正向进行，则此时V_正＞V_逆．
故答案为：＞；
（3）分析图象知t₀时刻改变一个条件，曲线I变为曲线II，一氧化碳的平衡浓度没有变化而达平衡的时间缩短，改变的条件是加入催化剂；反应②为反应前后气体物质的量不变的反应，改变压强，平衡不移动，曲线I变为曲线III时，一氧化碳的浓度由0.3mol/L变为0.45mol/L，容器的体积由3L变为2L．
故答案为：加入催化剂；  2L；
（4）根据题给装置知本题考查酸性甲醇燃料电池，根据外电路电子流向判断左侧电极为电池的负极，发生氧化反应，即甲醇被氧化为二氧化碳，结合碳元素的化合价变化确定失电子数目，根据原子守恒和电荷守恒配平，电极反应式为CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺．
故答案为：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
（5）通常状况下，将a mol/L的醋酸与b mol/L Ba（OH）₂溶液等体积混合，溶液中溶质为醋酸钡和氢氧化钡，反应平衡时，2c（Ba²⁺）=c（CH₃COO^-）=bmol/L，溶液中c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液呈中性，醋酸电离平衡常数依据电离方程式写出K=$\frac{c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）×c（{H}^{+}）}{c（C{H}_{3}COOH）}$=$\frac{b×1{0}^{-7}}{\frac{a}{2}-b}$=$\frac{2b}{a-2b}$×10^-7L/mol；
故答案为：$\frac{2b}{a-2b}$×10^-7L/mol．

点评 本题考查了化学平衡影响因素分析判断，平衡常数计算和影响条件的应用，难溶电解质溶液中溶度积的计算，题目综合性较大．