Question

甲醇被稱為21世紀的新型燃料，工業上用CH₄和H₂O為原料通過下列反應①和②，來制備甲醇。

①CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g)  DH₁

②CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)  DH₂

    將0.20 mol CH₄和0.30 mol H₂O(g)通入容積為10 L的密閉容器中，在一定條件下發生反應①，達到平衡時，CH₄的轉化率與溫度、壓強的關系如右圖。

⑴溫度不變，縮小體積，①的逆反應速率      (填“增大”、“減小”或“不變”)。

    ⑵反應①的DH₁       0(填“＜”“=”或“＞”)100°C時的平衡常數值K=      。

    ⑶在壓強為0.1Mpa條件下，將amolCO與3amolH₂的混合氣體在催化劑作用下進行反應②再生成甲醇。為了發尋找合成甲醇的適宜的溫度和壓強，某同學設計了二組實驗，部分實驗條件已經填在下面實驗設計表中。請在空格中填入剩余的實驗條件數據。

實驗編號	T(°C)	n(CO)/n(H2)	p(MPa)
I	150	1/3	0.1
II			5
III	350		5

    300°C時，其他條件不變，將容器的容積壓縮到原來的1/2，對平衡體系產生的影響是(填字母)（     ）

            A．c(H₂)減少                                     B．正反應速率加快，逆反應速率減慢

            C．CH₃OH的物質的量增加              D．重新平衡時c(H₂)/c(CH₂OH)減小

    ⑷已知在常溫常壓下：

       ①2CH₃OH(l)＋3O₂(g)=2CO₂(g)＋4H₂O(g)DH=-1275.6 kJ·mol^－1

②2CO(g)＋O₂(g)=2CO₂(g)  DH=-556.0 kJ·mol^－1

③H₂O(g)=H₂O(l)DH=-44.0 kJ·mol^－1

寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳的液態水的熱化學方程式                 。

    ⑸某實驗小組依據甲醇燃燒的反應原理，設計如右圖所示的電池裝置。

    ①該電池正極的電極反應為                       。

②工作一段時間后，測得溶液的pH減小，該電池總反應的化學方程式為

                                 。

Answer 1

【答案】⑴增大   ⑵＞ 1.35×10^-3

⑶CD  實驗II 150  1/3  實驗III 1/3

⑷CH₃OH(l)+O₂(g)CO(g)+2H₂O(g) DH= -447.8 kJ·mol^－1

⑸①O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-    2CH₃OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+6H₂O

【解析】⑴縮小容器的容積，導致壓強增大，正逆反應速率均加快。⑵由題中圖像知溫度升高，CH₄的轉化率變大，說明該反應的正反應為吸熱反應。

在100℃時，CH₄的轉化率為0.5，則有

CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g)

    起始：0.2mol  0.3mol      0     0

    變化：0.1mol  0.1mol     0.1mol 0.3mol

平衡：0.1mol  0.2mol     0.1mol 0.3mol

K=c(CO)×c(H₂)³/[c(CH₄)×c(H₂O)]=0.01×0.03³/(0.01×0.02)=1.35×10^-3。

⑶顯然該同學通過“控制變量法”探究外界條件對化學平衡的影響，探究的前提只能是改變一個條件，而其它條件不變，故實驗II的溫度是150℃，n(CO)/n(H₂)=1/3，同樣實驗III中n(CO)/n(H₂)同樣等于1/3。

由于反應CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)是氣體體積減小的反應，現體積縮小，即增大壓強，反應物和生成物的濃度均增大，正逆反應速率均加快，化學平衡向正反應方向移動，綜上分析，選項C和D正確。

⑷根據蓋斯定律得(①—②+③×4)/2得CH₃OH(l)+O₂(g)CO(g)+2H₂O(g) DH= -447.8 kJ·mol^－1。

⑸根據題意該原電池反應的總反應式為2CH₃OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+6H₂O，故導致溶液的pH減小。

【考點】化學反應速率與化學平衡   電解質溶液