Question

甲醇是结构最为简单的饱和一元醇，又称“木醇”或“木精”。甲醇是一碳化学基础的原料和优质的燃料，主要应用于精细化工、塑料、能源等领域。已知甲醇制备的有关化学反应如下：

反应①：CO(g)＋2H₂(g) CH₃OH(g) △H₁＝－90.77kJ/mol

反应②：CO₂(g)＋H₂(g) CO(g)＋H₂O(g) △H₂

反应③：CO₂(g)＋3H₂(g) CH₃OH(g)＋H₂O(g) △H₃＝－49.58kJ/mol

（1）反应②的△H₂＝__________________

（2）若500℃时三个反应的平衡常数依次为K₁、K₂与K₃，已知500℃时K₁、K₂的值分别为2.5、1.0，并测得该温度下反应③在某时刻，H₂(g)、CO₂(g)、CH₃OH(g)、H₂O(g)的浓度(mol/L)分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时V_正________V_逆(填“＞”、“＝”或“＜”)

（3）在3L容积可变的密闭容器中发生反应②，c(CO)随反应时间t变化如图中曲线I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                。当通过改变压强使曲线I变为曲线III时，曲线III达到平衡时容器的体积为_____________。

（4）甲醇燃料电池可能成为未来便携电子产品应用的主流。某种甲醇燃料电池工作原理如图所示，则通入a气体的电极电极反应式为                。

（5）一定条件下甲醇与一氧化碳反应可以合成乙酸。常温条件下，将a mol/L的CH₃COOH与b mol/LBa(OH)₂溶液等体积混合，反应平衡时，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为________________。

Answer

（1）+41.19 kJ•mol—1；（2）＞；

（3）加入催化剂，2L；（4）CH3OH—6e－+H2O=CO2+6H+；

（5）2b×10－7/(a－2b)

【解析】

试题分析：（1）CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) △H1＝－90.77kJ/mol ①，

CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) △H2 ②，

CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) △H3＝－49.58kJ/mol ③，

②=③－①得反应②的△H2＝+41.19 kJ·mol－1;

（2）根据化学平衡常数的定义，K1=c(CH3OH)/c(CO)c2(H2)、K2=c(CO)c(H2O)/c(CO2)c(H2)、K3= c(CH3OH) c(H2O)/ c(CO2)c3(H2)，则K3＝K1×K2，500℃时K1、K2的值分别为2.5、1.0，则K3= K1×K2=2.5，该温度下反应③在某时刻，Q= c(CH3OH) c(H2O)/ c(CO2)c3(H2)=（0.3×0.15）/（0.83×0.1）=0.9＜K3，反应正向进行，则此时V正＞V逆；

（3）分析图像知t0时刻改变一个条件，曲线I变为曲线II，一氧化碳的平衡浓度没有变化而达平衡的时间缩短，改变的条件是加入催化剂；反应②为反应前后气体物质的量不变的反应，改变压强，平衡不移动，曲线I变为曲线III时，一氧化碳的浓度由0.3mol/L变为0.45mol/L，容器的体积由3L变为2L；

（4）此装置为原电池装置，根据外电路电子流向判断左侧电极为电池的负极，发生氧化反应，即甲醇被氧化为二氧化碳，结合碳元素的化合价变化确定失电子数目，根据原子守恒和电荷守恒配平，电极反应式为CH3OH—6e－+H2O=CO2+6H+；

（5）常温条件下，将a mol/L的CH3COOH与b mol/L Ba(OH)2溶液等体积混合，根据溶液呈现电中性：2c(Ba2＋)+c(H+)＝c(CH3COO－)+c(OH—)，又2c(Ba2＋)＝c(CH3COO－)= b mol/L，则溶液呈现中性，即c(H+)=c(OH—)=1×10-7mol/L，根据醋酸与氢氧化钡溶液反应的化学方程式确定混合液中c(CH3COOH)=（a-2b）/2mol/L，该混合溶液中醋酸的电离常数为c(CH3COO－)×c(H+)/ c(CH3COOH)= 2b×10－7/(a－2b)。

考点：考查热化学反应方程式的计算、勒夏特列原理、电极反应式的书写、电离平衡常数等知识。