Question

【題目】（14分）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υ(H2)= _。

（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。

①下列說法能判斷該反應達到化學平衡狀態的是_______。（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A時，容器的體積為20 L。如果反應開始時仍充入10 molCO和20 molH2，則在平衡狀態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）。

①若KOH溶液足量，則寫出電池總反應的離子方程式：___________________。

②若電解質溶液中KOH的物質的量為0.8 mol，當有0.5 mol甲醇參與反應時，電解質溶液中各種離子的物質的量濃度由大到小的順序是 。

Answer 1

【答案】 (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) ③ 14L (2分) (4) ① 2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O(2分)

②C(K+)>C(CO32-)>C(HCO3-)>C(OH-)>C(H+)(2分)

【解析】

試題分析：(1) 將給出的反應分別標為：①、②，根據蓋斯定律，把①+②×2可得CH4和O2制取甲醇的熱化學方程式：2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g) ΔH=(a+2b)kJ/mol。(2) 從圖可以看出CO的濃度減小了0.75mol/L，根據反應的化學計量數，H2的濃度改變了1.5mol/L，反應達到平衡的時間為10min，則υ(H2)= 1.5mol/L÷10min=0.15mol/(L·min)。(3) ①化學反應速率之比等于化學計量數之比，不管在任何時候，H2的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍，A錯；H2的體積分數不再改變說明體系中各物質的濃度不再改變，反應達到了平衡，B對；H2的轉化率和CO的轉化率相等不能說明物質的濃度不再改變和同種物質的正逆反應速率相等，C錯；反應是氣體物質的量改變的反應，如果反應沒有達到平衡，氣體的物質的量會發生改變，平均摩爾質量也會改變，現平均摩爾質量不再改變，說明氣體的生成和消耗速率相等，反應到達了平衡，D對。②從圖可以看出B的CO的轉化率較大，根據反應的特點，壓強增大平衡向正向移動，現B點的轉化率較大，說明B點的壓強大，故PA ＜PB 。③A點是CO的轉化率為0.5，10 mol CO和20 mol H2反應后氣體總物質的量為20mol，在B點CO的轉化率為0.8，10 mol CO和20 mol H2反應后氣體的總物質的量為14mol，設B點的體積為VL。則20mol︰14 mol=20L︰V，V=14L。（4）由于是在堿性電解質溶液中，產生的CO2還要與堿反應，反應的方程式為：2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O。②根據KOH和CO2的物質的量可知生成的CO2發生反應：CO2+2OH—═CO32—，CO32—+ CO2+H2O═HCO3—,0.8mol的KOH反應完時消耗0.4mol的CO2，生成0.4mol的CO32—，剩余的0.1mol的CO2與CO32—反應生成0.1mol的HCO3—，故溶液中有0.3mol的K2CO3、0.1mol的KHCO3，故離子濃度大小順序為：C(K+)>C(CO32-)>C(HCO3-)>C(OH-)>C(H+)