Question

【題目】甲醇是一種重要的可再生能源。

（1）已知2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g) ΔH =a KJ/mol

CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) ΔH =b KJ/mol

試寫(xiě)出由CH4和O2制取甲醇的熱化學(xué)方程式： 。

（2）還可以通過(guò)下列反應(yīng)制備甲醇：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。

甲圖是反應(yīng)時(shí)CO和CH3OH(g)的濃度隨時(shí)間的變化情況。從反應(yīng)開(kāi)始到達(dá)平衡，用H2表示平均反應(yīng)速率v(H2)= 。

甲圖

（3）在一容積可變的密閉容器中充入10 mol CO和20 mol H2，CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度（T）、壓強(qiáng)（P）的變化如乙圖所示。

乙圖

①下列說(shuō)法能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是_______。（填字母）

A．H2的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍 B．H2的體積分?jǐn)?shù)不再改變

C．體系中H2的轉(zhuǎn)化率和CO的轉(zhuǎn)化率相等

D．體系中氣體的平均摩爾質(zhì)量不再改變

②比較A、B兩點(diǎn)壓強(qiáng)大小PA________PB（填“＞、＜、=”）。

③若達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)A時(shí)，容器的體積為20 L。如果反應(yīng)開(kāi)始時(shí)仍充入10molCO和20 molH2，則在平衡狀態(tài)B時(shí)容器的體積V(B)= L。

（4）以甲醇為燃料，氧氣為氧化劑，KOH溶液為電解質(zhì)溶液，可制成燃料電池（電極材料為惰性電極）。若KOH溶液足量，則寫(xiě)出電池總反應(yīng)的離子方程式：__________。

Answer 1

【答案】28.（12分）

(1) 2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g) ΔH=(a+2b)kJ/mol (2分)

(2) 0.15mol/(L·min)(2分)

(3)①BD(2分) ②＜(2分) ③14 L(2分)

(4)2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O(2分)

【解析】

試題分析：（1）①2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g) ΔH =a KJ/mol、②CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) ΔH =b KJ/mol，根據(jù)蓋斯定律，①+②×2得ΔH=(a+2b)kJ/mol，所以由CH4和O2制取甲醇的熱化學(xué)方程式為2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g) ΔH=(a+2b)kJ/mol。

（2）由圖像可知，從反應(yīng)開(kāi)始到達(dá)平衡，CO的物質(zhì)的量濃度減少了0.90-0.15=0.75mol/L，根據(jù)化學(xué)方程式，氫氣的濃度減少了0.75mol/L×2=1.5mol/L，所以用H2表示平均反應(yīng)速率v(H2)=1.5mol/L÷10min=0.15mol/(L·min).

（3）①A．H2的消耗速率指的是正反應(yīng)速率，而CH3OH的生成速率指的也是正反應(yīng)速率，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，錯(cuò)誤； B．H2的體積分?jǐn)?shù)不再改變，說(shuō)明氫氣的濃度保持不變，能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，正確；C．如果按系數(shù)比加入各反應(yīng)物，無(wú)論平衡與否，體系中H2的轉(zhuǎn)化率和CO的轉(zhuǎn)化率都會(huì)相等，錯(cuò)誤；D．該反應(yīng)是正向氣體體積減小的可逆反應(yīng)，根據(jù)M=m÷n，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，密閉容器中質(zhì)量不變，物質(zhì)的量減小，若體系中氣體的平均摩爾質(zhì)量不再改變，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，正確；答案選BD。

②A、B兩點(diǎn)溫度相同，由A到B，CO的平衡轉(zhuǎn)化率升高，說(shuō)明反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，當(dāng)增大壓強(qiáng)時(shí)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則A、B兩點(diǎn)壓強(qiáng)大小PA<PB。

③在壓強(qiáng)P1條件下，CO的平衡轉(zhuǎn)化率為0.5，則平衡時(shí)CO為5mol，氫氣10mol，甲醇5mol，總共20mol，在壓強(qiáng)P2條件下，CO的平衡轉(zhuǎn)化率為0.8，則平衡時(shí)CO為2mol，氫氣4mol，甲醇8mol，總共14mol，因?yàn)橄嗤瑮l件下，氣體的體積與物質(zhì)的量成正比，所以20:20=14:V，解得V=14L.

（4）在甲醇燃料電池中，反應(yīng)原理是甲醇燃燒生成CO2和水，由于電解質(zhì)溶液是KOH溶液，生成的CO2與KOH反應(yīng)生成碳酸鉀和水，所以電池總反應(yīng)的離子方程式為2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O。