Question

14．甲醇是一種基礎(chǔ)的有機(jī)化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料．利用合成氣（主要成分為CO、CO₂和H₂）在催化劑作用下可以合成甲醇，主要反應(yīng)如下：
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-100kJ•mol^-1
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-58kJ•mol^-1
③CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₃
回答下列問題：
（1）△H₃=+42kJ•mol^-1．
（2）反應(yīng)①、②、③對應(yīng)的平衡常數(shù)K₁、K₂、K₃之間的關(guān)系是K₁=$\frac{{K}_{2}}{{K}_{3}}$；隨著溫度的升高，K₃增大（填“減小”、“增大”或“不變”）．
（3）合成氣組成$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO+C{O}_{2}）}$=2.60時，體系中的CO平衡轉(zhuǎn)化率（α）與溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系如圖1所示．圖中壓強(qiáng)由小到大的順序?yàn)閜₁＜p₂＜p₃．

（4）圖2是某研究機(jī)構(gòu)開發(fā)的給筆記本電腦供電的甲醇燃料電池，甲醇在催化劑作用下提供質(zhì)子（H⁺）和電子，其負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺．

Answer 1

分析 （1）由①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-100kJ•mol^-1
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-58kJ•mol^-1
結(jié)合蓋斯定律可知，②-①得到CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）；
（2）③=②-①，則K為指數(shù)關(guān)系，升高溫度平衡向吸熱的方向移動；
（3）由圖可知$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO+C{O}_{2}）}$=2.60時、相同溫度下，增大壓強(qiáng)，有利于平衡向正反應(yīng)方向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大；
（4）甲醇在催化劑作用下提供質(zhì)子（H⁺）和電子，則負(fù)極上甲醇失去電子生成二氧化碳．

解答 解：（1）由①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-100kJ•mol^-1
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-58kJ•mol^-1
結(jié)合蓋斯定律可知，②-①得到CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g），則△H₃=（-58kJ•mol^-1）-（-100kJ•mol^-1）=+42kJ•mol^-1，
故答案為：+42；
（2）③=②-①，可知①=②-③，則K₁=$\frac{{K}_{2}}{{K}_{3}}$，③為吸熱反應(yīng)，隨著溫度的升高，平衡正向移動，K₃增大，
故答案為：$\frac{{K}_{2}}{{K}_{3}}$；增大；
（3）相同溫度下，反應(yīng)③前后氣體分子數(shù)不變，壓強(qiáng)改變不影響其平衡移動，反應(yīng)①②的正反應(yīng)均為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，有利于平衡向正反應(yīng)方向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故增大壓強(qiáng)有利于CO的轉(zhuǎn)化率升高，結(jié)合圖可知，最上方壓強(qiáng)對應(yīng)轉(zhuǎn)化率最大，則壓強(qiáng)為p₁＜p₂＜p₃，
故答案為：p₁＜p₂＜p₃；
（4）甲醇在催化劑作用下提供質(zhì)子（H⁺）和電子，則負(fù)極上甲醇失去電子生成二氧化碳，負(fù)極反應(yīng)為CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，
故答案為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺．

點(diǎn)評 本題考查反應(yīng)熱與焓變、平衡常數(shù)、平衡移動及原電池，為高頻考點(diǎn)，把握蓋斯定律應(yīng)用、反應(yīng)的關(guān)系、平衡移動原理及電極反應(yīng)書寫為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的考查，綜合性較強(qiáng)，題目難度不大．