Question

16．1923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
②2H2（g）+CO2（g）?H2O+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-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）依据反应②平衡常数随温度变化分析判断平衡移动方向，图表中的数据可知平衡常数随温度升高而增大；
（2）某温度下反应①中H₂的平衡转化率（a）与体系总压强（P）的关系分析，温度不变平衡常数不变；书写反应①②③的平衡常数表达式，结合特征就是得到反应③的平衡常数，分析反应特征可知平衡常数K₃=K₁×K₂；
（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；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；
（4）甲醇燃料电池中燃料在负极失电子发生氧化反应，碱溶液中甲醇失电子生成碳酸根离子；

解答 解：（1）图表中反应②平衡常数随温度变化，500°C变化到800°C，平衡常数从1.0变化为2.5，温度升高平衡常数增大，平衡正向进行，说明正反应是吸热反应；
故答案为：吸热；   
（2）某温度下反应①中H₂的平衡转化率（a）与体系总压强（P）的关系分析，平衡状态由A变到B时温度不变，平衡常数不变，K（A）=K（B），
①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g），平衡常数K₁=$\frac{[C{H}_{3}OH]}{[{H}_{2}]^{2}[CO]}$，②2H₂（g）+CO₂（g）?H₂O+CO（g），平衡常数K₂=$\frac{[CO][{H}_{2}O]}{[{H}_{2}]^{2}[C{O}_{2}]}$
依据反应①+②得到反应③3H₂（g）+CO₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g），平衡常数K₃=$\frac{[C{H}_{3}OH][{H}_{2}O]}{[{H}_{2}]^{3}[C{O}_{2}]}$=$\frac{[C{H}_{3}OH]}{[{H}_{2}]^{2}[CO]}$×$\frac{[CO][{H}_{2}O]}{[{H}_{2}]^{2}[C{O}_{2}]}$，所以平衡常数K₃=K₁×K₂，
故答案为：=，K₁•K₂；
（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，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时容器体积为3L，一氧化碳浓度为3mol/L，改变条件变化为曲线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；
（4）甲醇燃料电池中燃料在负极失电子发生氧化反应，碱溶液中甲醇失电子生成碳酸根离子，负极电极反应为：CH₃OH-6 e^-+8 OH^-=CO₃^2-+6 H₂O，
故答案为：CH₃OH-6 e^-+8 OH^-=CO₃^2-+6 H₂O；

点评 本题考查了化学平衡常数、化学平衡影响因素、图象变化特征的分析，原电池原理的应用，主要是弱电解质电离平衡常数的计算，题目难度中等．