Question

14．甲醇是一種基礎的有機化工原料和優質燃料．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①、②、③對應的平衡常數K₁、K₂、K₃之間的關系是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平衡轉化率（α）與溫度和壓強的關系如圖1所示．圖中壓強由小到大的順序為p₁＜p₂＜p₃．

（4）圖2是某研究機構開發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子（H⁺）和電子，其負極的電極反應式為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為指數關系，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，有利于平衡向正反應方向移動，CO的轉化率增大；
（4）甲醇在催化劑作用下提供質子（H⁺）和電子，則負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，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③前后氣體分子數不變，壓強改變不影響其平衡移動，反應①②的正反應均為氣體分子數減小的反應，增大壓強，有利于平衡向正反應方向移動，CO的轉化率增大，故增大壓強有利于CO的轉化率升高，結合圖可知，最上方壓強對應轉化率最大，則壓強為p₁＜p₂＜p₃，
故答案為：p₁＜p₂＜p₃；
（4）甲醇在催化劑作用下提供質子（H⁺）和電子，則負極上甲醇失去電子生成二氧化碳，負極反應為CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，
故答案為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺．

點評 本題考查反應熱與焓變、平衡常數、平衡移動及原電池，為高頻考點，把握蓋斯定律應用、反應的關系、平衡移動原理及電極反應書寫為解答的關鍵，側重分析與應用能力的考查，綜合性較強，題目難度不大．