Question

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

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℃下發生反應，測得CO₂（g）和CH₃OH（g）的濃度隨時問變化如圖2所示：
則下列說法正確的是

BD

（填字母）；
A．3min時反應達到平衡
B．0～10min時用H2表示的反應速率為0.225mol?^-1?min^-1
C．CO₂的平衡轉化率為25%
D．該溫度時化學平衡常數為

16

3

(mol?L-1)-2
②在相同溫度、相同容積的3個密閉容器中，按不同方式投入反應物，保持恒溫、恒容，測得反應達到平衡時的有關數據如下：

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

則下列各量的大小關系為c₁

等于

c₃，p₂

小于

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

水

，溶液中的質子移向電極

N

（填“M”或“N”）；
②電極M上發生的電極反應式為

CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺

．

Answer 1

分析：（1）根據反應物、生成物和反應條件寫出反應方程式；
（2）根據圖中反應物和生成物、反應熱寫出其熱化學反應方程式；
（3）①A．反應達到平衡狀態時各物質的濃度不再發生變化；
B．根據v=

△c

△t

計算；
C．CO₂的平衡轉化率=

參加反應的二氧化碳濃度

二氧化碳的初始濃度

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

解答：解：（1）反應物是甲烷和水，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）根據圖片知，反應熱△H=（a-b）kJ/mol，所以其熱化學反應方程式為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后各物質的濃度還發生變化，所以3min時該反應未達到平衡，故錯誤；
B．0～10min時用H₂表示的反應速率=(

1-0.25

10

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

1-0.25

1

×100%=75%，故錯誤；
D．平衡時c（CO₂）=0.25mol/L，c（CH₃OH）=c（H₂O）=0.75mol/L，c（H₂）=3c（CO₂）=0.75mol/L，該溫度時化學平衡常數=

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，所以平衡時甲醇的濃度c₁ 等于c₃，容器2相當于減小壓強，平衡向逆反應方向移動，則平衡時p₂ 小于p₃，
故答案為：等于；小于；
（4）①燃料電池中，負極上投放燃料，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生成水，所以d出來的是水，原電池放電時，氫離子向正極N極移動，故答案為：水；N；
②電極M上發生的電極反應式為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，故答案為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺．

點評：本題考查反應方程式、熱化學反應方程式、電極反應式的書寫和等效平衡等知識點，等效平衡是學習難點，采用一邊倒的方法進行分析解答，難度中等．