Question

（2013?泰安二模）近年來(lái)，以天然氣等為原料合成甲醇的難題被一一攻克，極大地促進(jìn)了甲醇化學(xué)的發(fā)展．
（1）與炭和水蒸氣的反應(yīng)相似，以天然氣為原料也可以制得CO和H₂，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為

CH₄+H₂O

高溫  .

CO+3H₂

．
（2）合成甲醇的一種方法是以CO和H₂為原料，其能量變化如圖1所示：
由圖可知，合成甲醇的熱化學(xué)方程式為

CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=（a-b）kJ/mol

．
（3）以CO₂為原料也可以合成甲醇，其反應(yīng)原理為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
①在lL的密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂，在500℃下發(fā)生反應(yīng)，測(cè)得CO₂（g）和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)問(wèn)變化如圖2所示：
則下列說(shuō)法正確的是

BD

（填字母）；
A．3min時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡
B．0～10min時(shí)用H2表示的反應(yīng)速率為0.225mol?^-1?min^-1
C．CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為25%
D．該溫度時(shí)化學(xué)平衡常數(shù)為

16

3

(mol?L-1)-2
②在相同溫度、相同容積的3個(gè)密閉容器中，按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫、恒容，測(cè)得反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的有關(guān)數(shù)據(jù)如下：

容器	容器1	容器2	容器3
反應(yīng)物投入量（始態(tài)）	1molCO2、3molH2	0.5molCO2、1.5molH2	1molCH3OH、1molH2O
CH3OH的平衡濃度/mol?L-1	c1	c2	c3
平衡時(shí)體系壓強(qiáng)/Pa	p1	p2	p3

則下列各量的大小關(guān)系為c₁

等于

c₃，p₂

小于

p₃（填“大于”、“等于”或“小于”）．
（4）近年來(lái)，甲醇燃料電池技術(shù)獲得了新的突破，如圖3所示為甲醇燃料電池的裝置示意圖．電池工作時(shí)，分別從b、c充入CH₃OH、O₂，回答下列問(wèn)題：
①?gòu)膁處排出的物質(zhì)是

水

，溶液中的質(zhì)子移向電極

N

（填“M”或“N”）；
②電極M上發(fā)生的電極反應(yīng)式為

CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)反應(yīng)物、生成物和反應(yīng)條件寫(xiě)出反應(yīng)方程式；
（2）根據(jù)圖中反應(yīng)物和生成物、反應(yīng)熱寫(xiě)出其熱化學(xué)反應(yīng)方程式；
（3）①A．反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化；
B．根據(jù)v=

△c

△t

計(jì)算；
C．CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率=

參加反應(yīng)的二氧化碳濃度

二氧化碳的初始濃度

×100%；
D．該溫度時(shí)化學(xué)平衡常數(shù)K=生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比；
②利用等效平衡進(jìn)行分析；
（4）①正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水，原電池放電時(shí)電解質(zhì)溶液中質(zhì)子向正極移動(dòng)；
②電極M甲醇失電子和水反應(yīng)生成二氧化碳和氫離子．

解答：解：（1）反應(yīng)物是甲烷和水，生成物是一氧化碳和氫氣，用觀察法配平，反應(yīng)條件是高溫和催化劑，所以方程式是：CH₄+H₂O

高溫  .

CO+3H₂，
故答案為：CH₄+H₂O

高溫  .

CO+3H₂；
（2）根據(jù)圖片知，反應(yīng)熱△H=（a-b）kJ/mol，所以其熱化學(xué)反應(yīng)方程式為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=（a-b）kJ/mol，
故答案為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=（a-b）kJ/mol；
（3）①A．3min后各物質(zhì)的濃度還發(fā)生變化，所以3min時(shí)該反應(yīng)未達(dá)到平衡，故錯(cuò)誤；
B．0～10min時(shí)用H₂表示的反應(yīng)速率=(

1-0.25

10

×3)mol/(L．min)=0.225mol?^-1?min^-1，故正確；
C．CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率=

1-0.25

1

×100%=75%，故錯(cuò)誤；
D．平衡時(shí)c（CO₂）=0.25mol/L，c（CH₃OH）=c（H₂O）=0.75mol/L，c（H₂）=3c（CO₂）=0.75mol/L，該溫度時(shí)化學(xué)平衡常數(shù)=

0.75×0.75

0.25×(0.75)3

（mol/L）²=

16

3

（mol/L）²，故正確；
故選BD；
②采用一邊倒的方法知，容器1和容器3是等效平衡，所以平衡時(shí)甲醇的濃度c₁ 等于c₃，容器2相當(dāng)于減小壓強(qiáng)，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則平衡時(shí)p₂ 小于p₃，
故答案為：等于；小于；
（4）①燃料電池中，負(fù)極上投放燃料，正極上投放氧化劑，c電極上投放氧氣，氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水，所以d出來(lái)的是水，原電池放電時(shí)，氫離子向正極N極移動(dòng)，故答案為：水；N；
②電極M上發(fā)生的電極反應(yīng)式為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，故答案為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺．

點(diǎn)評(píng)：本題考查反應(yīng)方程式、熱化學(xué)反應(yīng)方程式、電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)和等效平衡等知識(shí)點(diǎn)，等效平衡是學(xué)習(xí)難點(diǎn)，采用一邊倒的方法進(jìn)行分析解答，難度中等．