Question

（15分）甲醇是重要的化學工業基礎原料和清潔液體燃料。工業上可利用CO或CO₂來生產燃料甲醇。已知甲醇制備的有關化學反應以及在不同溫度下的化學反應平衡常數如下表所示：

化學反應	平衡常數	溫度℃
		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）反應②是           （填“吸熱”或“放熱”）反應。
（2）某溫度下反應①中H₂的平衡轉化率（a）與體系總壓強（P）的關系如下圖所示。則平衡狀態由A變到B時，平衡常數K_（A）       K_（B）（填“>”、“<”或“＝”）。據反應①與②可推導出K₁、K₂與K₃之間的關系，則K₃＝      （用K₁、K₂表示）。

（3）在3 L容積可變的密閉容器中發生反應②，已知c（CO）與反應時間t變化曲線Ⅰ如圖所示，若在t₀時刻分別改變一個條件，曲線Ⅰ變為曲線Ⅱ和曲線Ⅲ。
當曲線Ⅰ變為曲線Ⅱ時，改變的條件是            。
當曲線Ⅰ變為曲線Ⅲ時，改變的條件是            。

（4）甲醇燃料電池有著廣泛的用途，同時Al—AgO電池是應用廣泛的魚雷電 池，其原 理 如右圖所示。該電池的負極反應式是                        。

（5）一定條件下甲醇與一氧化碳反應可以合成乙酸。通常狀況下，將a mol/L的醋酸與b mol/L Ba（OH）₂溶液等體積混合，反應平衡時，2c（Ba²⁺）=c（CH₃COO^－），用含a和b的代數式表示該混合溶液中醋酸的電離常數為             。

Answer 1

（15分）（1）吸熱（2分） 
（2）＝（2分）  K₁·K₂（2分）
（3）加入催化劑（2分）；將容器的體積（快速）壓縮至2L（2分）
（4）Al－3e^- + 4OH^- = AlO₂^- + 2H₂O（2分）  
（5）×10^-7 （3分）

解析試題分析：（1）溫度升高，反應②的化學平衡常數增大，說明升溫對正反應有利，所以正反應是吸熱反應；
（2）A與B的平衡狀態不同，但溫度相同，所以化學平衡常數相同，K_（A）=K_（B）；根據蓋斯定律，③=①+②，所以K₃＝K₁·K₂；
（3）曲線Ⅱ與曲線I相比，CO的濃度未變，說明平衡未移動，但達平衡的時間縮短，說明反應速率加快，所以改變的條件是使用了催化劑；曲線III與曲線I相比，t₀時刻CO的濃度瞬間增大到3mol/L，所以只能是縮小容器的體積，壓強增大，因為反應②是反應前后氣體物質的量不變的反應，所以平衡不移動，曲線I與曲線III中的CO的物質的量相等，原平衡中CO的物質的量是3mol/L×3L=9mol，所以新平衡時容器的體積是9mol/4.5mol/L=2L，所以改變的條件是將容器的體積（快速）壓縮至2L；
（4）Al比Ag活潑，所以Al做負極，失去電子生成的鋁離子與氫氧根離子反應最終生成偏鋁酸根離子和水，電極反應式為Al－3e^- + 4OH^- = AlO₂^- + 2H₂O
（5）反應平衡時，2c（Ba²⁺）=c（CH₃COO^－），根據電荷守恒規律，有反應平衡時，2c（Ba²⁺）+c(H⁺)=c（CH₃COO^－）+c(OH^-)，所以溶液為中性，c(H⁺)= c(OH^-)=1×10^-7mol/L，醋酸是弱酸，氫氧化鋇是強堿，所以醋酸鋇的溶液應呈堿性，現在溶液為中性，說明醋酸過量，設醋酸、氫氧化鋇的體積均是1L，完全反應后c（Ba²⁺）=b/2mol/L，所以溶液中剩余醋酸的濃度為(a-2b)mol/2L，c（CH₃COO^－）="2" c（Ba²⁺）=2×b/2mol/L=bmol/L，該混合溶液中醋酸的電離常數為K= c（CH₃COO^－）·c(H⁺)/ c（CH₃COOH）=×10^-7
考點：考查化學反應熱效應的判斷，蓋斯定律的應用，對圖像的分析，電化學原理的應用，化學平衡常數的計算