Question

【題目】甲醇是一種重要的可再生資源。

（1）已知:2CH4(g)+O2(g) =2CO(g)+4H2(g) △H=akJmol-1

CO(g) +2H2(g)=CH3OH(g) △H=bkJmol-1

寫出由CH4和O2制取CH3OH(g)的熱化學(xué)方程式：____________________________。

（2）反應(yīng)：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的平衡常數(shù)K的表達(dá)式為________________；甲圖是反應(yīng)時CO和CH3OH(g)的物質(zhì)的量濃度隨時間（t）的變化曲線。從反應(yīng)開始至達(dá)到平衡時，用H2表示的反應(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，發(fā)生反應(yīng)并達(dá)到平衡，CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度（T）、壓強(qiáng)（P）的變化曲線如圖乙所示。

①能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是_______（填選項(xiàng)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．H2的轉(zhuǎn)化率和CO的轉(zhuǎn)化率相等

D．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變

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

③比較KA、KB、KC的大小：________________。

（4）以甲醇為燃料，O2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，寫出燃料電池負(fù)極的電極反應(yīng)式：________________________。

Answer 1

【答案】 2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g) ΔH=(a+2b)kJ·mol-1 K= 0.15mol·L-1·min-1 BD ＜ KA=KB>KC CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O

【解析】（1）本題考查熱化學(xué)反應(yīng)方程式的計算，甲烷和氧氣反應(yīng)制取甲醇的反應(yīng)方程式為2CH4＋O2→2CH3OH，①2CH4(g)+O2(g) =2CO(g)+4H2(g) ，②CO(g) +2H2(g)=CH3OH(g)，①＋2×②得出2CH4(g)＋O2(g)=2CH3OH(g) △H=(a＋2b)kJ·mol－1；（2）本題考查化學(xué)平衡常數(shù)以及反應(yīng)速率的計算，根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的定義，此反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式為K=；根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率定義，v(CH3OH)=0.75/10mol/(L·min)=0.075 mol/(L·min)，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，即v(H2)=2v(CH3OH)=2×0.075mol/(L·min)=0.15mol/(L·min)；（3）本題考查化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷以及影響化學(xué)平衡的因素、影響化學(xué)平衡常數(shù)的因素，①A、用不同物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速率判斷達(dá)到化學(xué)平衡，要求反應(yīng)方向是一正一逆，且化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，消耗氫氣和生成甲醇反應(yīng)都是向正反應(yīng)方向移動，因此不能判斷是否達(dá)到平衡，故錯誤；B、根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的定義，當(dāng)組分的濃度不再改變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故正確；C、因?yàn)橥度氲奈镔|(zhì)的量之比與化學(xué)計量數(shù)之比相等，任何時刻，兩者的轉(zhuǎn)化率相等，因此不能判斷是否達(dá)到化學(xué)平衡，故錯誤；D、根據(jù)M=m/n，組分都是氣體，氣體總質(zhì)量不變，反應(yīng)前后氣體系數(shù)之和不相等，因此平均摩爾質(zhì)量不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故正確；②根據(jù)影響化學(xué)平衡移動的因素，增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動，即壓強(qiáng)越大，CO的轉(zhuǎn)化率越大，P(A)<P(B)；③化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度的影響，溫度不變，化學(xué)平衡常數(shù)不變，即KA=KB，隨著溫度的升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，說明平衡向逆反應(yīng)方向移動，即正反應(yīng)方向是放熱反應(yīng)，因此有KC<KA，綜上所述KA=KB>KC；（4）通甲醇的一極為負(fù)極，通氧氣的一極為正極，電解質(zhì)為KOH，因此負(fù)極反應(yīng)式為CH3OH＋8OH－－6e－=CO32－＋6H2O。