Question

9．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試寫出由CH₄和O₂制取甲醇的熱化學方程式：2CH₄（g）+O₂（g）=2CH₃OH（g）△H=（a+2b）kJ/mol．
（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υ（H₂）=0.15mol/（L•min）．

（3）在一容積可變的密閉容器中充入10mol CO和20mol H₂，CO的平衡轉化率隨溫度（T）、壓強（P）的變化如乙圖所示．
①下列說法能判斷該反應達到化學平衡狀態(tài)的是BD．（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(shù)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(zhì)量不再改變
②比較A、B兩點壓強大小P_A＜P_B（填“＞、＜、=”）．
③若達到化學平衡狀態(tài)A時，容器的體積為20L．如果反應開始時仍充入10molCO和20molH₂，則在平衡狀態(tài)B時容器的體積V（B）=4L．
（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，則寫出電池總反應的離子方程式：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O．
②若電解質(zhì)溶液中KOH的物質(zhì)的量為0.8mol，當有0.5mol甲醇參與反應時，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C（K⁺）＞C（CO₃^2-）＞C（HCO₃^-）＞C（OH^-）＞C（H⁺）．

Answer 1

分析 （1）利用蓋斯定律，1式加2式的二倍即可得到該方程式及焓變；
（2）根據(jù)反應速率v=$\frac{△c}{△t}$，結合物質(zhì)表示的反應速率之比等于物質(zhì)前邊的系數(shù)之比來計算；
（3）①平衡標志是正逆反應速率相同，各成分濃度保持不變分析判斷選項；
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；
③A、B反應溫度相等，則平衡常數(shù)相等，利用平衡常數(shù)計算；
（4）①燃料電池總反應是燃料燃燒的化學方程式，在堿性環(huán)境下，二氧化碳轉化為碳酸根離子，據(jù)此書寫；
②當有0.5mol甲醇參與反應時，產(chǎn)生的二氧化碳是0.5mol，和0.8mol氫氧化鉀反應，根據(jù)元素守恒可以計算n （K₂CO₃）=0.3mol，n （KHCO₃）=0.2mol，據(jù)此確定離子濃度的大小順序．

解答 解：（1）已知①2CH₄（g）+O₂（g）=2CO（g）+4H₂（g）△H=a KJ/mol
②CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=b KJ/mol，①+②×2可得到2CH₄（g）+O₂（g）=2CH₃OH（g）△H=（a+2b）kJ/mol，故答案為：2CH₄（g）+O₂（g）=2CH₃OH（g）△H=（a+2b）kJ/mol；
（2）用甲醇表示的反應速率v=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min），氫氣表示的反應速率是甲醇的2倍，即0.15mol/（L•min），故答案為：0.15mol/（L•min）；
（3）A．H₂的消耗速率等于CH₃OH的生成速率的2倍，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．體系中氣體的平均摩爾質(zhì)量等于質(zhì)量和物質(zhì)的量的比值，物質(zhì)的量變化，質(zhì)量不變，所以當體系中氣體的平均摩爾質(zhì)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P_B轉化率大于P_A，可知P_A＜P_B，故答案為：＜；
 ③A、B兩容器溫度相同，即化學平衡常數(shù)相等，且B點時CO的轉化率為0.8，
則            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始（mol）：10     20         0
轉化（mol）：8      16         8
平衡（mol）：2       4         8
設體積為VL，則有K=$\frac{\frac{8}{V}}{\frac{2}{V}•（\frac{4}{V}）^{2}}$=4，V=4L，
故答案為：4L；
（4）①燃料電池總反應是燃料燃燒的化學方程式，在堿性環(huán)境下，二氧化碳轉化為碳酸根離子，即2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O；
②當有0.5mol甲醇參與反應時，產(chǎn)生的二氧化碳是0.5mol，和0.8mol氫氧化鉀反應，根據(jù)元素守恒可以計算n （K₂CO₃）=0.3mol，n （KHCO₃）=0.2mol，二者的水溶液均為堿性，所以C（K⁺）＞C（CO₃^2-）＞C（HCO₃^-）＞C（OH^-）＞C（H⁺），
故答案為：C（K⁺）＞C（CO₃^2-）＞C（HCO₃^-）＞C（OH^-）＞C（H⁺）．

點評 本題主要考查了熱化學方程式的書寫、化學平衡狀態(tài)的判斷、平衡的計算以及燃料電池中電極反應的書寫和溶液中離子濃度的大小比較知識，屬于綜合知識的考查，難度大．