Question

甲醇是重要的化学工业基础原料和液体燃料．工业上可利用CO或CO₂来生产燃料甲醇．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

 

（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“=”）．

（3）判断反应③△H

 

0；△S

 

0（填“＞”“=”或“＜”），据反应①与②可推导出K₁、K₂与K₃之间的关系，则K₃=

 

（用K₁、K₂表示）．
在500℃、2L的密闭容器中，进行反应③，测得某时刻H₂、CO₂、CH₃OH、H₂O的物质的量分别为6mol、2mol、10mol、10mol，此时v_（正）

 

v_（逆）（填“＞”“=”或“＜”）．
（4）一定温度下，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，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

 

．
当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时，改变的条件是

 

．
（5）甲醇燃料电池通常采用铂电极，其工作原理如图3所示，负极的电极反应为：

 

．
（6）一定条件下甲醇与一氧化碳反应可以合成乙酸．通常状况下，将0.2mol/L的醋酸与0.1mol/L Ba（OH）₂溶液等体积混合，则混合溶液中离子浓度由大到小的顺序为

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的影响因素,化学平衡建立的过程,物质的量或浓度随时间的变化曲线,离子浓度大小的比较

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）分析图表数据，反应②平衡常数随温度升高增大，平衡正向进行，正反应是吸热反应；
（2）依据平衡常数随温度变化，不随压强变化分析；
（3）反应③是气体体积减小的反应△S＜0，分析反应特征可知平衡常数K₃=K₁×K₂，计算不同温度下反应③的平衡常数，结合温度变化分析判断反应焓变△H＜0，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；
（4）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；当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时一氧化碳物质的量增大，反应是气体体积不变的反应，可变容器中气体体积和浓度成反比，气体物质的量不变；
（5）甲醇燃料电池中燃料在负极失电子发生氧化反应，酸溶液中甲醇失电子生成二氧化碳；
（6）将0.2mol/L的醋酸与0.1mol/L Ba（OH）₂溶液等体积混合反应生成醋酸钡，醋酸根离子水解显碱性．

解答： 解：（1）分析图表数据，反应②平衡常数随温度升高增大，平衡正向进行，正反应是吸热反应，故答案为：吸热；
（2）依据平衡常数随温度变化，不随压强变化分析，图象中平衡状态由A变到B时，压强改变，温度不变，所以平衡常数不变，故答案为：=；
（3）反应③3H₂（g）+CO₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）是气体体积减小的反应△S＜0，分析反应特征可知平衡常数K₃=K₁×K₂，计算不同温度下反应③的平衡常数，500°C时，K₃=K₁×K₂=2.5×1.0=2.5，800°C时，K₃=K₁×K₂=2.5×0.15=0.375，结合温度变化分析，随温度升高，平衡常数减小，平衡逆向进行，所以判断反应是放热反应，焓变△H＜0，依据反应①+②得到反应③，所以平衡常数K₃=K₁×K₂；在500℃、2L的密闭容器中，进行反应③，测得某时刻H₂、CO₂、CH₃OH、H₂O的物质的量分别为6mol、2mol、10mol、10mol，Q=

5×5

33×1

=0.93＜K=2.5，反应正向进行，V正＞V逆；
故答案为：＜；＜；K₁?K₂；＞；
（4）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；当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时一氧化碳物质的量增大，反应是气体体积不变的反应，可变容器中气体体积和浓度成反比，气体物质的量不变，曲线Ⅰ，体积为3L，一氧化碳浓度为3mol/L，改变条件不好为曲线Ⅱ，一氧化碳浓度为4.5mol/L，则体积压缩体积为：3：V=4.5：3，V=2L，所以将容器的体积快速压缩至2L符合；
故答案为：加入催化剂；将容器的体积快速压缩至2L；
（5）甲醇燃料电池中燃料在负极失电子发生氧化反应，酸溶液中甲醇失电子生成二氧化碳，负极电极反应为：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，
故答案为：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
（6）将0.2mol/L的醋酸与0.1mol/L Ba（OH）₂溶液等体积混合反应生成醋酸钡，醋酸根离子水解显碱性，溶液中离子浓度大小为：c（CH₃COO^-）＞c（Ba²⁺）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案为：c（CH₃COO^-）＞c（Ba²⁺）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

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，原电池反应和电解质溶液中离子浓度大小比较，题目综合性较大．