Question

【題目】一氧化碳、二氧化碳的利用具有十分重要的意義，科學家提出以下幾個設想：

Ⅰ.二氧化碳與氫氣在催化劑作用下可制取低碳烯烴。

在一恒容密閉容器中分別投入1 molCO2、3molH2，發生反應：2CO2(g) + 6H2(g)C2H4(g) + 4H2O(g) △H；在不同溫度下，用傳感技術測出平衡時H2的物質的量變化關系如圖。則△H______ 0 (填“>”“<”或“不能確定”)。

Ⅱ. 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）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，如左下圖所示。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）。

（2）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如右上圖所示，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Ⅲ時，改變的條件是_____________________。

（3）一種甲醇燃料電池，使用的電解質溶液是2mol·L－1的KOH溶液。

請寫出加入(通入)b物質一極的電極反應式_________________；每消耗6.4g甲醇轉移的電子數為_______________。

（4）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溶液等體積混合后，溶液中：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Ka為________________mol/L。

Answer 1

【答案】<=K1·K2將體積壓縮為2 LO2 + 4e－+ 2H2O = 4OH－1.2NA(1.2×6.02×1023)2×10-7b/(a-2b)

【解析】

I.根據圖像，結合溫度對化學平衡的影響判斷。

II. （1）化學平衡常數只與溫度有關。根據化學平衡常數的表達式分析K1、K2、K3之間的關系。

（2）根據改變條件的瞬間和平衡時c（CO）的變化，結合方程式的特點分析。

（3）根據電子的流向判斷燃料電池的正負極，進一步書寫電極反應式、進行計算。

（4）根據電荷守恒、物料守恒分別計算c（H+）和c（CH3COOH），結合電離平衡常數表達式計算Ka。

I.根據圖像，升高溫度平衡時H2物質的量增大，即平衡向逆反應方向移動，逆反應為吸熱反應，正反應為放熱反應，ΔH<0。

II.（1）化學平衡常數只與溫度有關，平衡狀態A與B的溫度相同，平衡常數K（A）=K（B）。根據化學平衡常數的概念，反應①、②、③的化學平衡常數表達式依次為、、，可見K3=K1·K2。

（2）根據表中的化學平衡常數，升高溫度反應②的化學平衡常數增大，反應②的正反應是吸熱反應，反應②反應前后氣體分子數不變。根據圖像，曲線III相對于曲線I，改變的條件的瞬間c（CO）由2mol/L突然增大到3mol/L，c（CO）突然增大到曲線I的1.5倍；曲線III比曲線I先達到平衡，曲線III平衡時c（CO）等于曲線I平衡時c（CO）的1.5倍；曲線I變為曲線III時改變的條件是：將體積由3L壓縮至2L。

（3）根據裝置圖中電子的流向，加入a物質的電極為燃料電池的負極，通入b物質的電極為燃料電池的正極，則a物質為CH3OH，b物質為O2，電解質溶液為KOH溶液，通入b物質一極的電極反應式為O2+4e-+2H2O=4OH-。n（CH3OH）==0.2mol，加入CH3OH一極的電極反應式為CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，每消耗6.4g CH3OH轉移電子物質的量為0.2mol×6=1.2mol，轉移的電子數為1.2NA（或1.2×6.02×1023）。

（4）醋酸與Ba（OH）2溶液混合后，溶液中的電荷守恒為c（H+）+2c（Ba2+）=c（OH-）+c（CH3COO-），由于溶液中2c（Ba2+）= c（CH3COO-），所以c（H+）=c（OH-），溶液呈中性，通常情況下c（H+）=1×10-7mol/L；amol/L的醋酸與bmol/LBa（OH）2溶液等體積混合后溶液中c（Ba2+）=mol/L，溶液中的物料守恒為c（CH3COOH）+c（CH3COO-）=mol/L，溶液中2c（Ba2+）= c（CH3COO-），則溶液中c（CH3COO-）=bmol/L，c（CH3COOH）=（-b）mol/L，醋酸的電離常數=mol/L=mol/L。