【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)△H=a kJ/mol CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)△H=b kJ/mol
寫出由CH4和O2制取CH3OH(g)的熱化學方程式:
(2)反應:CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)的平衡常數(shù)K的表達式為; 圖1是反應時CO和CH3OH(g)的物質的量濃度隨時間(t)的變化曲線.從反應開始至達到平衡時,用H2表示的反應速率v(H2)=
(3)在一容積可變的密閉容器中充入10mol CO和20mol H2 , 發(fā)生反應并達到平衡,CO的平衡轉化率隨溫度(T)、壓強(P)的變化曲線如圖2所示. ①能判斷該反應達到化學平衡狀態(tài)的是(填選項字母).
A.H2的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍
B.H2的體積分數(shù)不再改變
C.H2的轉化率和CO的轉化率相等
D.混合氣體的平均相對分子質量不再改變
②比較A、B兩點壓強大。篜(A)P(B)(填“>”、“<”或“=”).
③比較KA、KB、KC的大。
(4)以甲醇為燃料,O2為氧化劑,KOH溶液為電解質溶液,可制成燃料電池(電極材料為惰性電極).若KOH溶液足量,寫出燃料電池負極的電極反應式:

【答案】
(1)2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g)△H=(a+2b) kJ/mol
(2)K= ?;0.15mol/(L.min)
(3)BD;<;KA=KB>KC
(4)CH3OH﹣6e+8OH=CO32+6H2O
【解析】解:(1)①2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g)△H=a kJ/mol②CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)△H=b kJ/mol根據(jù)蓋斯定律,由①+②×2得:2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g)△H=(a+2b) kJ/mol,
所以答案是:2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g)△H=(a+2b) kJ/mol;(2)化學平衡常數(shù)為生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積,反應物的生成物都是氣體,故平衡常數(shù)表達式為K= ;
υ(CH3OH)= = =0.075mol/(L.min),故υ(H2)=2υ(CH3OH)=0.15mol/(L.min),
所以答案是:K= ;0.15mol/(L.min);(3)A.H2的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍,都是指正反應方向,不能說明正逆反應速率相等,不一定平衡,故A錯誤;
B.H2的體積分數(shù)不再改變是化學平衡的特征,達到了平衡,故B正確;
C.體系中H2的轉化率和CO的轉化率相等,不能說明正逆反應速率相等,不一定平衡,故C錯誤;
D.混合氣體的平均相對分子質量等于質量和物質的量的比值,物質的量變化,質量不變,所以當體系中氣體的平均相對分子質量不再改變,證明達到了平衡,故D正確;
故選BD;②正反應方向為氣體體積減小的方向,T1℃時比較CO的轉化率,轉化率越大,則壓強越大,圖象中PB轉化率大于PA , 可知PA<PB , 所以答案是:<;③平衡常數(shù)只與溫度有關,A、B兩點溫度相同,平衡常數(shù)相同,則KA=KB;由圖可知,B、C兩點壓強相同,平衡時B點CO轉化率更高,又溫度T1<T2 , 則降低溫度平衡向正反應方向移動,K值增大,則KB>KC , 所以答案是:KA=KB>KC;(4)燃料電池負極的電極反應是燃料失電子發(fā)生氧化反應,在堿性環(huán)境下,二氧化碳轉化為碳酸根離子,所以負極反應為:CH3OH﹣6e+8OH=CO32+6H2O,所以答案是:CH3OH﹣6e+8OH=CO32+6H2O.
【考點精析】關于本題考查的化學平衡狀態(tài)的判斷和化學平衡的計算,需要了解狀態(tài)判斷:①v(B)=v(B)②v(C):v(D)=x : y③c(C)、C%、n(C)%等不變④若A、B、C、D為氣體,且m+n≠x+y,壓強恒定⑤體系顏色不變⑥單位時間內某物質內化學鍵的斷裂量等于形成量⑦體系平均式量恒定(m+n ≠ x+y)等;反應物轉化率=轉化濃度÷起始濃度×100%=轉化物質的量÷起始物質的量×100%;產品的產率=實際生成產物的物質的量÷理論上可得到產物的物質的量×100%才能得出正確答案.

練習冊系列答案
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名稱

分子式

外觀

沸點

高氯酸

HClO4

無色液體

130℃

工業(yè)上生產高氯酸的同時還生產了亞氯酸鈉,工業(yè)流程如圖:

(1)操作①的名稱是 , 操作②的名稱是
(2)反應器Ⅰ中發(fā)生反應的化學方程式為
(3)反應器Ⅱ中發(fā)生反應的離子方程式為
(4)若反應器Ⅱ中SO2以H2O2代替也可達到同樣的目,此時發(fā)生反應的離子方程式為
(5)若想得到201 kg的 HClO4純品,至少需要NaClO3 kg.
(6)工業(yè)上也可用鉑作陽極、銅作陰極電解鹽酸制得高氯酸,在陽極區(qū)可得到20%的高氯酸.寫出陽極的電極反應式(其中鹽酸與高氯酸以化學式出現(xiàn))

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(2)常溫下,pH=13的Ba(OH)2溶液aL與pH=3的H2SO4溶液bL混合(混合后溶液體積變化忽略不計)
①若所得混合溶液呈中性,則a:b=
②若所得混合溶液pH=12,則a:b=

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