Question

【題目】甲醇是結構最為簡單的飽和一元醇，又稱“木醇”或“木精”。甲醇是一碳化學基礎的原料和優質的燃料，主要應用于精細化工、塑料、能源等領域。已知甲醇制備的有關化學反應如下：

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

反應②：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) △H2

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

（1）反應②的△H2＝__________________

（2）若500℃時三個反應的平衡常數依次為K1、K2與K3，已知500℃時K1、K2的值分別為2.5、1.0，并測得該溫度下反應③在某時刻，H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的濃度(mol/L)分別為0.8、0.1、0.3、0.15，則此時V正________V逆(填“＞”、“＝”或“＜”)

（3）在3L容積可變的密閉容器中發生反應②，c(CO)隨反應時間t變化如圖中曲線I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 。當通過改變壓強使曲線I變為曲線III時，曲線III達到平衡時容器的體積為_____________。

（4）甲醇燃料電池可能成為未來便攜電子產品應用的主流。某種甲醇燃料電池工作原理如圖所示，則通入a氣體的電極電極反應式為 。

（5）一定條件下甲醇與一氧化碳反應可以合成乙酸。常溫條件下，將a mol/L的CH3COOH與b mol/LBa(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

【答案】（1）+41.19 kJmol—1；（2）＞；

（3）加入催化劑，2L；（4）CH3OH—6e－+H2O=CO2+6H+；

（5）2b×10－7/(a－2b)

【解析】

試題分析：（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得反應②的△H2＝+41.19 kJ·mol－1;

（2）根據化學平衡常數的定義，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)，則K3＝K1×K2，500℃時K1、K2的值分別為2.5、1.0，則K3= K1×K2=2.5，該溫度下反應③在某時刻，Q= c(CH3OH) c(H2O)/ c(CO2)c3(H2)=（0.3×0.15）/（0.83×0.1）=0.9＜K3，反應正向進行，則此時V正＞V逆；

（3）分析圖像知t0時刻改變一個條件，曲線I變為曲線II，一氧化碳的平衡濃度沒有變化而達平衡的時間縮短，改變的條件是加入催化劑；反應②為反應前后氣體物質的量不變的反應，改變壓強，平衡不移動，曲線I變為曲線III時，一氧化碳的濃度由0.3mol/L變為0.45mol/L，容器的體積由3L變為2L；

（4）此裝置為原電池裝置，根據外電路電子流向判斷左側電極為電池的負極，發生氧化反應，即甲醇被氧化為二氧化碳，結合碳元素的化合價變化確定失電子數目，根據原子守恒和電荷守恒配平，電極反應式為CH3OH—6e－+H2O=CO2+6H+；

（5）常溫條件下，將a mol/L的CH3COOH與b mol/L Ba(OH)2溶液等體積混合，根據溶液呈現電中性：2c(Ba2＋)+c(H+)＝c(CH3COO－)+c(OH—)，又2c(Ba2＋)＝c(CH3COO－)= b mol/L，則溶液呈現中性，即c(H+)=c(OH—)=1×10-7mol/L，根據醋酸與氫氧化鋇溶液反應的化學方程式確定混合液中c(CH3COOH)=（a-2b）/2mol/L，該混合溶液中醋酸的電離常數為c(CH3COO－)×c(H+)/ c(CH3COOH)= 2b×10－7/(a－2b)。