Question

【題目】（14分）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

試寫出由CH4和O2制取甲醇的熱化學(xué)方程式： 。

（2）還可以通過下列反應(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)開始到達(dá)平衡，用H2表示平均反應(yīng)速率υ(H2)= _。

（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。

①下列說法能判斷該反應(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)開始時(shí)仍充入10 molCO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）。

①若KOH溶液足量，則寫出電池總反應(yīng)的離子方程式：___________________。

②若電解質(zhì)溶液中KOH的物質(zhì)的量為0.8 mol，當(dāng)有0.5 mol甲醇參與反應(yīng)時(shí)，電解質(zhì)溶液中各種離子的物質(zhì)的量濃度由大到小的順序是 。

Answer 1

【答案】 (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) ③ 14L (2分) (4) ① 2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O(2分)

②C(K+)>C(CO32-)>C(HCO3-)>C(OH-)>C(H+)(2分)

【解析】

試題分析：(1) 將給出的反應(yīng)分別標(biāo)為：①、②，根據(jù)蓋斯定律，把①+②×2可得CH4和O2制取甲醇的熱化學(xué)方程式：2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g) ΔH=(a+2b)kJ/mol。(2) 從圖可以看出CO的濃度減小了0.75mol/L，根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)，H2的濃度改變了1.5mol/L，反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間為10min，則υ(H2)= 1.5mol/L÷10min=0.15mol/(L·min)。(3) ①化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，不管在任何時(shí)候，H2的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍，A錯(cuò)；H2的體積分?jǐn)?shù)不再改變說明體系中各物質(zhì)的濃度不再改變，反應(yīng)達(dá)到了平衡，B對(duì)；H2的轉(zhuǎn)化率和CO的轉(zhuǎn)化率相等不能說明物質(zhì)的濃度不再改變和同種物質(zhì)的正逆反應(yīng)速率相等，C錯(cuò)；反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量改變的反應(yīng)，如果反應(yīng)沒有達(dá)到平衡，氣體的物質(zhì)的量會(huì)發(fā)生改變，平均摩爾質(zhì)量也會(huì)改變，現(xiàn)平均摩爾質(zhì)量不再改變，說明氣體的生成和消耗速率相等，反應(yīng)到達(dá)了平衡，D對(duì)。②從圖可以看出B的CO的轉(zhuǎn)化率較大，根據(jù)反應(yīng)的特點(diǎn)，壓強(qiáng)增大平衡向正向移動(dòng)，現(xiàn)B點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率較大，說明B點(diǎn)的壓強(qiáng)大，故PA ＜PB 。③A點(diǎn)是CO的轉(zhuǎn)化率為0.5，10 mol CO和20 mol H2反應(yīng)后氣體總物質(zhì)的量為20mol，在B點(diǎn)CO的轉(zhuǎn)化率為0.8，10 mol CO和20 mol H2反應(yīng)后氣體的總物質(zhì)的量為14mol，設(shè)B點(diǎn)的體積為VL。則20mol︰14 mol=20L︰V，V=14L。（4）由于是在堿性電解質(zhì)溶液中，產(chǎn)生的CO2還要與堿反應(yīng)，反應(yīng)的方程式為：2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O。②根據(jù)KOH和CO2的物質(zhì)的量可知生成的CO2發(fā)生反應(yīng)：CO2+2OH—═CO32—，CO32—+ CO2+H2O═HCO3—,0.8mol的KOH反應(yīng)完時(shí)消耗0.4mol的CO2，生成0.4mol的CO32—，剩余的0.1mol的CO2與CO32—反應(yīng)生成0.1mol的HCO3—，故溶液中有0.3mol的K2CO3、0.1mol的KHCO3，故離子濃度大小順序?yàn)椋?/span>C(K+)>C(CO32-)>C(HCO3-)>C(OH-)>C(H+)