Question

19．1923年以前，甲醇一般是用木材或其废料的分解蒸馏来生产的．现在工业上合成甲醇几乎全部采用一氧化碳或二氧化碳加压催化加氢的方法，工艺过程包括造气、合成净化、甲醇合成和粗甲醇精馏等工序．
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表所示：

化学反应	平衡常数	温度℃
		500	800
①2H2（g）+CO（g）?CH3OH（g）	K1	2.5	0.15
②H2（g）+CO2（g）?H2O（g）+CO（g）	K2	1.0	2.50
③3H2（g）+CO2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）	K3

（1）反应②是吸热（填“吸热”或“放热”）反应．
（2）某温度下反应①中H₂的平衡转化率（a）与体系总压强（P）的关系如图1所示．则平衡状态由A变到B时，平衡常数K（A）=K（B）（填“＞”、“＜”或“=”）．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）在3L容积可变的密闭容器中发生反应②，已知c（CO）与反应时间t变化曲线Ⅰ如图2所示，若在t₀时刻分别改变一个条件，则曲线Ⅰ可变为曲线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．当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时，改变的条件是将容器的体积（快速）压缩至2L．
（4）甲醇燃料电池有着广泛的用途，若采用铂为电极材料，两极上分别通入甲醇和氧气，以氢氧化钾溶液为电解质溶液，则该碱性燃料电池的负极反应式是CH₃OH-6 e^-+8 OH^-=CO₃^2-+6 H₂O；

Answer 1

分析 （1）反应②平衡常数随温度升高增大，说明升高温度平衡正向进行，正反应是吸热反应；
（2）平衡常数只受温度影响，不随压强变化；反应①+②可得反应③，则平衡常数K₃=K₁×K₂；
（3）曲线Ⅰ变化为曲线Ⅱ时，缩短反应达到平衡的时间，平衡时CO浓度不变，应是使用催化剂；
当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时CO浓度增大，反应是气体体积不变的反应，压强不影响平衡移动，可以压缩体积，根据CO的物质的量不变计算压缩后体积；
（4）原电池负极发生氧化反应，甲醇在负极失去电子，碱性条件下生成碳酸根离子与水．

解答 解：（1）反应②平衡常数随温度升高增大，说明升高温度平衡正向进行，正反应是吸热反应，
故答案为：吸热；
（2）平衡常数只受温度影响，不随压强变化，A、B处于等压线上，故平衡常数（A）=K（B）；反应①+②可得反应③，则平衡常数K₃=K₁×K₂，
故答案为：=；K₁×K₂；
（3）曲线Ⅰ变化为曲线Ⅱ时，缩短反应达到平衡的时间，平衡时CO浓度不变，应是使用催化剂；
当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时CO浓度增大，反应是气体体积不变的反应，压强不影响平衡移动，可以压缩体积，CO的物质的量不变，压缩后体积为$\frac{3L×3mol/L}{4.5mol/L}$=2L，即将容器的体积（快速）压缩至2L；
故答案为：加入催化剂；将容器的体积（快速）压缩至2L；
（4）原电池负极发生氧化反应，甲醇在负极失去电子，碱性条件下生成碳酸根离子与水，负极电极反应式为：CH₃OH-6 e^-+8 OH^-=CO₃^2-+6 H₂O，
故答案为：CH₃OH-6 e^-+8 OH^-=CO₃^2-+6 H₂O．

点评 本题考查化学平衡影响因素、化学平衡常数、化学平衡图象、原电池等，注意对平衡常数表达式的理解掌握，难度中等．