Question

2．運用化學反應原理分析解答以下問題
（1）已知：①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H_l=-91kJ•mol^-l
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-24kJ•mol^-l
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41kJ•mol^-l
且三個反應的平衡常數(shù)依次為K₁、K₂、K₃
則反應 3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-247kJ•mol^-1．
化學平衡常數(shù)K=K₁²•K₂•K₃（用含K₁、K₂、K₃的代數(shù)式表示）．
（2）一定條件下，若將體積比為1：2的CO和H₂氣體通入體積一定的密閉容器中發(fā)生反應3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），下列能說明反應達到平衡狀態(tài)是ac．
a．體系壓強保持不變 
b．混合氣體密度保持不變
c．CO和H₂的物質(zhì)的量保持不變 
d．CO的消耗速度等于CO₂的生成速率
（3）科學家發(fā)明了使NH₃直接用于燃料電池的方法，其裝置用鉑黑作電極、加入電解質(zhì)溶液中，一個電極通入空氣，另一電極通入NH₃．其電池反應式為：4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O，電解質(zhì)溶液應顯堿性（填“酸性”、“中性”、“堿性”），寫出正極的電極反應方程式O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

Answer 1

分析 （1）利用蓋斯定律，抵消中間產(chǎn)物，得到目的反應，計算△H；平衡常數(shù)是利用生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應物平衡濃度冪次方乘積得到；方程式相加時，總平衡常數(shù)等于分方程的平衡常數(shù)之積；
（2）反應到達平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等（同種物質(zhì)）或正逆反應速率之比等于系數(shù)之比（不同物質(zhì)），平衡時各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化，可由此進行判斷；
（3）根據(jù)NH₃不能與電解質(zhì)反應及正極得到電子化合價升高來分析．

解答 解：（1）利用蓋斯定律，反應①×2+反應②+反應③，得到目的反應，△H=-91kJ•mol^-1+（-24kJ•mol^-1）+（-41kJ•mol^-1）=-247kJ•mol^-1，
反應①×2+反應②+反應③相加得總方程，則總方程的平衡常數(shù)等于分方程的平衡常數(shù)之積，即K=K₁²•K₂•K₃，
故答案為：-247kJ•mol^-1； K=K₁²•K₂•K₃；
（2）a、反應前后氣體體積不同，當壓強一定時，達到化學平衡狀態(tài)，故a正確；
b、$ρ=\frac{m}{V}$，體系體積一定，反應前后氣體質(zhì)量相同，密度始終不變，不能判斷是否平衡，故b錯誤；
c、CO和H₂的物質(zhì)的量保持不變，則其他各物質(zhì)濃度亦保持不變，達到化學平衡狀態(tài)，故c正確；
d、CO的消耗速率等于CO₂的生成速率，均為正反應方向，不能判斷是否平衡，故d錯誤；
故選ac；
（3）因NH₃能與水反應，所以溶液呈堿性，因正極得到電子化合價升高，所以電極反應為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案為：堿性；O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

點評 本題考查平衡常數(shù)的意義、電化學原理、蓋斯定律等知識點，側(cè)重考查學生運用化學原理解答問題能力，易錯點是化學平衡狀態(tài)判斷，只有反應前后改變的物理量才能作為化學平衡狀態(tài)判斷依據(jù)．