Question

【題目】甲醇可作為燃料電池的原料。以CH4和H2O為原料，通過下列反應(yīng)來制備甲醇。

Ⅰ：CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) △H=+206.0kJ·mol-1

Ⅱ：CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H =-129.0kJ·mol-1

(1)CH4(g)與H2O(g)反應(yīng)生成CH3OH (g)和H2(g)的熱化學(xué)方程式為______________。

(2)將1.0molCH4和2.0molH2O(g)通入容積為100 L的反應(yīng)室，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)Ⅰ，測得在一定的壓強(qiáng)下CH4的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如下圖。

假設(shè)100℃時(shí)達(dá)到平衡所需的時(shí)間為5min，則用H2表示該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率為_______。

(3)在壓強(qiáng)為0.1MPa、溫度為300℃條件下，將amolCO與3amol H2的混合氣體在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)Ⅱ生成甲醇，平衡后將容器的容積壓縮到原來的，其他條件不變，對平衡體系產(chǎn)生的影響是__________（填字母序號）。

A.c(H2)減少 B.正反應(yīng)速率加快，逆反應(yīng)速率減慢

C.CH3OH 的物質(zhì)的量增加

D.重新平衡減小 E．平衡常數(shù)K增大

(4)1mol甲醇完全燃燒產(chǎn)生氣體通入1L1.5mol/L的NaOH溶液反應(yīng)，反應(yīng)后的溶液中各離子濃度大小關(guān)系為____________________。

Answer 1

【答案】 CH4(g)+H2O(g)=CH3OH(g)+H2(g) ΔH=+77kJ·mol-1 3×10-3 C D c (Na+) >c (HCO3-) > (CO32-) >c (OH- ) > (H+)

【解析】（1）.Ⅰ：CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) △H=+206.0kJ·mol-1

Ⅱ：CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H =-129.0kJ·mol-1

依據(jù)蓋斯定律Ⅰ+Ⅱ得到CH4(g)+H2O(g)=CH3OH(g)+H2(g) ΔH=+77kJ·mol-1，故答案為：CH4(g)+H2O(g)=CH3OH(g)+H2(g) ΔH=+77kJ·mol-1；

（2）.將1.0mol CH4和2.0mol H2O(g)通入容積固定為100L的反應(yīng)室，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)I，由圖象可知100℃甲烷轉(zhuǎn)化率為50%，故參加反應(yīng)的甲烷為1mol×50%=0.5mol，則：

CH4 （g）+H2O （g）=CO （g）+3H2 （g）

起始量（mol）：1.0 2.0 0 0

變化量（mol）：0.5 0.5 0.5 1.5

平衡量（mol）：0.5 1.5 0.5 1.5

假設(shè)100℃時(shí)達(dá)到平衡所需的時(shí)間為5min，則用H2表示該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率==3×10-3 molL-1min-1，故答案為：3×10-3 molL-1min-1；

（3）. A.平衡后將容器的容積壓縮到原來的，壓強(qiáng)增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，生成物的濃度增大，由于平衡常數(shù)不變，結(jié)合平衡常數(shù)可知，平衡時(shí)反應(yīng)物各組分的濃度都增大，故A錯(cuò)誤；

B. 壓強(qiáng)增大，正逆反應(yīng)速率都增大，但正反應(yīng)速率增大更多，故B錯(cuò)誤；

C. 壓強(qiáng)增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CH3OH的物質(zhì)的量增加，故C正確；

D. 壓強(qiáng)增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，氫氣的物質(zhì)的量減小，甲醇的物質(zhì)的量增大，故重新平衡時(shí)減小，故D正確；

E. 平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變，平衡常數(shù)不變，故E錯(cuò)誤；

故答案為C D；

（4）.1mol甲醇完全燃燒產(chǎn)生氣體n （CO2）=1mol，1L、1.5molL-1的NaOH溶液中n（NaOH）=C×V=1.5mol，則有：2＞ = ＞1，則反應(yīng)的可能方程式有：CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O，CO2+NaOH=NaHCO3，所以：所得產(chǎn)物為Na2CO3和NaHCO3，設(shè)所得產(chǎn)物中含Na2CO3為xmol，NaHCO3為ymol，則得方程組：

x + y = 1 ，2x + y = 1.5，解得：x=0.5，y=0.5，在含等物質(zhì)的量的碳酸鈉、碳酸氫鈉的溶液中，c（Na+）最大，碳酸根離子水解大于碳酸氫根離子的水解，則c（HCO3-）＞c（CO32-），水解使溶液顯堿性，則c（OH-）＞c（H+），顯性離子大于隱性離子，所以c（HCO3-）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（H+），即離子濃度大小為c（Na+）＞c（HCO3-）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（H+），故答案為：c（Na+）＞c（HCO3-）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（H+）。