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

試寫出由CH4和O2制取甲醇的熱化學方程式： 。

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

甲圖是反應時CO和CH3OH(g)的濃度隨時間的變化情況。從反應開始到達平衡，用H2表示平均反應速率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的平衡轉化率隨溫度（T）、壓強（P）的變化如乙圖所示。

乙圖

①下列說法能判斷該反應達到化學平衡狀態(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的體積分數不再改變

C．體系中H2的轉化率和CO的轉化率相等

D．體系中氣體的平均摩爾質量不再改變

②比較A、B兩點壓強大小PA________PB（填“＞、＜、=”）。

③若達到化學平衡狀態(tài)A時，容器的體積為20 L。如果反應開始時仍充入10molCO和20 molH2，則在平衡狀態(tài)B時容器的體積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，則寫出電池總反應的離子方程式：__________。

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制取甲醇的熱化學方程式為2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g) ΔH=(a+2b)kJ/mol。

（2）由圖像可知，從反應開始到達平衡，CO的物質的量濃度減少了0.90-0.15=0.75mol/L，根據化學方程式，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速率，而CH3OH的生成速率指的也是正反應速率，不能說明反應達到平衡狀態(tài)，錯誤； B．H2的體積分數不再改變，說明氫氣的濃度保持不變，能說明反應達到平衡狀態(tài)，正確；C．如果按系數比加入各反應物，無論平衡與否，體系中H2的轉化率和CO的轉化率都會相等，錯誤；D．該反應是正向氣體體積減小的可逆反應，根據M=m÷n，隨著反應的進行，密閉容器中質量不變，物質的量減小，若體系中氣體的平均摩爾質量不再改變，說明反應達到平衡狀態(tài)，正確；答案選BD。

②A、B兩點溫度相同，由A到B，CO的平衡轉化率升高，說明反應向正反應方向進行，當增大壓強時，平衡向正反應方向移動，則A、B兩點壓強大小PA<PB。

③在壓強P1條件下，CO的平衡轉化率為0.5，則平衡時CO為5mol，氫氣10mol，甲醇5mol，總共20mol，在壓強P2條件下，CO的平衡轉化率為0.8，則平衡時CO為2mol，氫氣4mol，甲醇8mol，總共14mol，因為相同條件下，氣體的體積與物質的量成正比，所以20:20=14:V，解得V=14L.

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