Question

甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。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________________（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，如左下图所示。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=_______（用K₁、K₂表示）。

（3）在3 L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如右上图所示，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_____________________。

（4）一种甲醇燃料电池，使用的电解质溶液是2mol·L^－1的KOH溶液。

请写出加入(通入)b物质一极的电极反应式_________________；

每消耗6.4g甲醇转移的电子数为_______________。

（5）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a mol/L的醋酸与b mol/LBa(OH)₂溶液等体积混合后，溶液中：2c(Ba^2＋)= 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Ka为________________。

Answer

吸热=K1·K2加催化剂将体积压缩为2LO2+4e－+2H2O = 4OH－1.2NA(1.2×6.02×1023)2×10-7b/(a-2b)

【解析】试题分析：（1）根据温度对平衡状态和平衡常数的影响分析；

（2）化学平衡常数只受温度影响；依据平衡常数的含义分析；

（3）根据外界条件对平衡状态和反应速率的影响结合图像分析解答；

（4）根据原电池的工作原理分析、判断和计算；

（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）化学平衡常数只受温度影响，温度不变平衡常数不变，所以KA=KB；反应③3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O，分析三个反应的平衡常数表达式可知平衡常数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，改变条件后变为为曲线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；

（4）根据装置图中电子的流向可知a物质所在的电极是负极，失去电子，通入甲醇。b处通入的是氧气，作正极，电解质溶液显碱性，电极反应式为O2+4e－+2H2O＝4OH－；甲醇中碳元素化合价是－2价，反应后转化为＋4价，失去6个电子。6.4g甲醇是0.2mol，则每消耗6.4g甲醇转移的电子数为1.2NA；

（5）一定条件下，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=[CH3COO−]•[H+]/[CH3COOH]

= 2×10-7b/(a-2b)。