Question

3．工業(yè)上一般在恒容密閉容器中可以采用下列反應合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H．如表所列數(shù)據(jù)是該反應在不同溫度下的化學平衡常數(shù)（K）．

溫度	250℃	300℃	350℃
K/L2•mol-2	2.041	0.270	0.012

（1）該反應的平衡常數(shù)表達式是K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$，由表中數(shù)據(jù)判斷△H＜0 （填“＞”、“=”或“＜”）；
（2）某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應后，4min達到平衡時測得c（CO）=0.2mol•L^-1，此時的溫度為250℃，則反應速率v（H₂）=0.32 mol•L^-1•min^-1．
（3）T℃時，在時間t₀時刻，合成甲醇反應CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）達到平衡，若在t₁時刻將容器的體積縮小w為原來的$\frac{1}{2}$，假定在t₂時刻后又達到新的平衡，請在圖中用曲線表示在t₁～t₂階段氫氣、甲醇物質(zhì)的量濃度隨時間變化的趨勢示意圖（其它條件不變，曲線上必須標明氫氣、甲醇）．
（4）如果用CH₃OH和空氣作燃料電池，用KOH作電解質(zhì)溶液，請寫出該燃料電池的負極的電極反應式CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）平衡常數(shù)為生成物與反應物濃度冪之積的比值，升高溫度，可逆反應向吸熱反應方向移動，根據(jù)平衡常數(shù)與溫度變化關系確定焓變；
（2）根據(jù)平衡濃度計算出平衡常數(shù)來確定溫度；根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算反應速率；
（3）若在t₁時刻將容器的體積縮小一倍，相當于增大壓強，各組分的濃度立即增加原來的一倍，然后是平衡開始正向移動；
（4）堿性條件下，甲醇在負極被氧化生成碳酸根離子和水．

解答 解：（1）平衡常數(shù)為生成物與反應物濃度冪之積的比值，對于CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），破壞常數(shù)的表達式為K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$，升高溫度，平衡向吸熱方向移動，根據(jù)表格知，溫度越高，化學平衡常數(shù)越小，說明平衡向逆反應方向移動，所以正反應是放熱反應，即△H＜0，
故答案為：K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；＜；
（2）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始 1mol/L      3mol/L       0 
轉化      0.8mol/L       1.6mol/L    0.8mol/L
平衡    0.2mol/L    1.4mol/L       0.8mol/L
平衡常數(shù)K=$\frac{0.8}{0.2×1．{4}^{2}}$=2.04，所以是250℃；
反應速率v（H₂）=$\frac{1.6mol/L}{5min}$=0.32 mol•L^-1•min^-1，
故答案為：250℃；0.32 mol•L^-1•min^-1；
（3）若在t₁時刻將容器的體積縮小一倍，相當于增大壓強，各組分的濃度立即增加原來的一倍，然后是平衡開始正向移動，至新平衡，圖示如下：
假定在t₂時刻后又達到新的平衡；
故答案為：；
（4）用CH₃OH和空氣作燃料電池，用KOH作電解質(zhì)溶液，負極CH₃OH失電子發(fā)生氧化反應，則負極的電極反應式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

點評 本題綜合考查化學破壞的計算，涉及影響化學平衡移動的因素、速率的計算、電極反應式的書寫等知識點，為高考常見題型，難度大，有利于提高學生的分析能力及靈活應用能力．