Question

【題目】甲醇是一種重要的可再生資源。

（1）已知:2CH4(g)+O2(g) =2CO(g)+4H2(g) △H=akJmol-1

CO(g) +2H2(g)=CH3OH(g) △H=bkJmol-1

寫出由CH4和O2制取CH3OH(g)的熱化學方程式：____________________________。

（2）反應：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的平衡常數K的表達式為________________；甲圖是反應時CO和CH3OH(g)的物質的量濃度隨時間（t）的變化曲線。從反應開始至達到平衡時，用H2表示的反應速率υ(H2)=________________。

（3）在一容積可變的密閉容器中充入10 mol CO和20 mol H2，發生反應并達到平衡，CO的平衡轉化率隨溫度（T）、壓強（P）的變化曲線如圖乙所示。

①能判斷該反應達到化學平衡狀態的是_______（填選項字母）。

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．H2的轉化率和CO的轉化率相等

D．混合氣體的平均相對分子質量不再改變

②比較A、B兩點壓強大小P(A)________P(B)（填“＞、＜、=”）。

③比較KA、KB、KC的大小：________________。

（4）以甲醇為燃料，O2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）。若KOH溶液足量，寫出燃料電池負極的電極反應式：________________________。

Answer 1

【答案】 2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g) ΔH=(a+2b)kJ·mol-1 K= 0.15mol·L-1·min-1 BD ＜ KA=KB>KC CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O

【解析】（1）本題考查熱化學反應方程式的計算，甲烷和氧氣反應制取甲醇的反應方程式為2CH4＋O2→2CH3OH，①2CH4(g)+O2(g) =2CO(g)+4H2(g) ，②CO(g) +2H2(g)=CH3OH(g)，①＋2×②得出2CH4(g)＋O2(g)=2CH3OH(g) △H=(a＋2b)kJ·mol－1；（2）本題考查化學平衡常數以及反應速率的計算，根據化學平衡常數的定義，此反應的化學平衡常數的表達式為K=；根據化學反應速率定義，v(CH3OH)=0.75/10mol/(L·min)=0.075 mol/(L·min)，根據化學反應速率之比等于化學計量數之比，即v(H2)=2v(CH3OH)=2×0.075mol/(L·min)=0.15mol/(L·min)；（3）本題考查化學平衡狀態的判斷以及影響化學平衡的因素、影響化學平衡常數的因素，①A、用不同物質的化學反應速率判斷達到化學平衡，要求反應方向是一正一逆，且化學反應速率之比等于化學計量數之比，消耗氫氣和生成甲醇反應都是向正反應方向移動，因此不能判斷是否達到平衡，故錯誤；B、根據化學平衡常數的定義，當組分的濃度不再改變，說明反應達到平衡，故正確；C、因為投入的物質的量之比與化學計量數之比相等，任何時刻，兩者的轉化率相等，因此不能判斷是否達到化學平衡，故錯誤；D、根據M=m/n，組分都是氣體，氣體總質量不變，反應前后氣體系數之和不相等，因此平均摩爾質量不變，說明反應達到平衡，故正確；②根據影響化學平衡移動的因素，增大壓強，平衡向正反應方向移動，即壓強越大，CO的轉化率越大，P(A)<P(B)；③化學平衡常數只受溫度的影響，溫度不變，化學平衡常數不變，即KA=KB，隨著溫度的升高，CO的轉化率降低，說明平衡向逆反應方向移動，即正反應方向是放熱反應，因此有KC<KA，綜上所述KA=KB>KC；（4）通甲醇的一極為負極，通氧氣的一極為正極，電解質為KOH，因此負極反應式為CH3OH＋8OH－－6e－=CO32－＋6H2O。