Question

【題目】（14分）工業(yè)上可由天然氣為原料制備甲醇，也可由水煤氣合成甲醇。

（1）已知2CH4（g）＋O2（g）=2CO2（g）＋4H2（g） △H＝akJ/mol

CO（g）＋2H2（g）＝CH3OH（g）△H＝bkJ/mol

試寫出由CH4和O2制取甲烷的熱化學(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）。圖甲是反應(yīng)時CO（g）和CH3OH（g）的濃度隨時間t的變化情況。從反應(yīng)開始到平衡，用CO表示平均反應(yīng)速率v（CO）＝____________，該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為______________。

（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(zhuǎn)化率隨溫度（T）、壓強（P）的變化如乙圖所示．

①下列說法不能判斷該反應(yīng)達到化學(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兩點壓強大小PA___________PB（填“＞、＜、=”）。

③若達到化學(xué)平衡狀態(tài)A時，容器的體積為20L．如果反應(yīng)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）=___________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，則電池負(fù)極反應(yīng)的離子方程式為_____________。

②若電解質(zhì)溶液中KOH的物質(zhì)的量為1．0mol，當(dāng)有0．75mol甲醇參與反應(yīng)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______________。

Answer 1

【答案】（除特殊標(biāo)注外，每空2分，共14分）

（1）2CH4（g）+O2（g）=2CH3OH（g） ΔH=（a+2b）kJ/mol

（2）0．075mol·L1·min1（1分）

（3）①AC ②＜（1分） ③4

（4）①CH3OH6e+8OH=CO32－+6H2O ②c（K+）> c（HCO3－）> c（CO32－）>c（OH）>c（H+）

【解析】

試題分析：（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，則根據(jù)蓋斯定律可知①+②×2可得到2CH4（g）+O2（g）=2CH3OH（g）△H=（a+2b）kJ/mol；

（2）用甲醇表示的反應(yīng)速率v=0．75mol/L÷10min=0．075mol/（Lmin），CO表示的反應(yīng)速率等于用甲醇表示的反應(yīng)速率，即0．075mol/（Lmin）；化學(xué)平衡常數(shù)是在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，生成物濃度的冪之積和反應(yīng)物濃度的冪之積的比值，所以根據(jù)方程式可知平衡常數(shù)表達式為。

（3）①A．氫氣的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍，不能說明正逆反應(yīng)速率相等，不一定平衡，A錯誤；B．氫氣的體積分?jǐn)?shù)不再改變是化學(xué)平衡的特征，達到了平衡，B正確；C．體系中氫氣的轉(zhuǎn)化率和CO的轉(zhuǎn)化率相等，不能說明正逆反應(yīng)速率相等，不一定平衡，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(dāng)體系中氣體的平均摩爾質(zhì)量不再改變，證明達到了平衡，D正確，答案選AC。

②正反應(yīng)方向為氣體體積減小的方向，T1℃時比較CO的轉(zhuǎn)化率，轉(zhuǎn)化率越大，則壓強越大，圖象中PB轉(zhuǎn)化率大于PA，可知PA＜PB；

③利用A點可得平衡常數(shù)K＝，溫度不變，平衡常數(shù)不變。A、B兩容器溫度相同，即化學(xué)平衡常數(shù)相等，且B點時CO的轉(zhuǎn)化率為0．8，

則 CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

起始（mol）：10 20 0

轉(zhuǎn)化（mol）：8 16 8

平衡（mol）：2 4 8

設(shè)體積為VL，則有K=＝4

解得V=4L

（4）①燃料電池得負(fù)極甲醇失去電子，堿過量，則負(fù)極方程式為CH3OH6e+8OH=CO32－+6H2O。

②當(dāng)有0．75mol甲醇參與反應(yīng)時，產(chǎn)生的二氧化碳是0．75mol，和1mol氫氧化鉀反應(yīng)，根據(jù)元素守恒可以計算n（K2CO3）=0．25mol，n（KHCO3）=0．5mol，二者的水溶液均為堿性，所以溶液中離子濃度大小順序為c（K+）> c（HCO3－）> c（CO32－）>c（OH）>c（H+）。