Question

【题目】甲醇是一种重要的可再生能源．

(1)利用二氧化碳合成甲醇来替代汽油。

已知：2CH3OH(l) +3O2(g)＝4H2O(l)+2CO2(g) △H＝—1453.0 kJ／mol，2H2(g) + O2(g)＝2H2O(l) △H＝—571.6 kJ／mol

计算CO2(g)+3H2(g) ＝CH3OH(l)+ H2O(l)的反应热△H＝___________ kJ／mol。

(2)下图是反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)中CO和CH3OH(g)的物质的量浓度随时间(t)的变化曲线．从反应开始至达到平衡时，用H2表示的反应速率v(H2)=______________．

(3)在一恒容的密闭容器中充入1mol CO和2mol H2，发生反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H并达到平衡，CO的平衡转化率随温度(T)、压强(P)的变化曲线如图所示．

①能判断该反应达到化学平衡状态的是_____(填选项字母)．

A．H2的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍

B．H2的体积分数不再改变

C．H2的转化率和CO的转化率相等

D．混合气体的平均相对分子质量不再改变

②比较平衡常数KA、KB、KC的大小：____________

(4)在容积均为V L的甲、乙、丙三个密闭容器中分别充入amol CO和2a mol H2，三个容器的反应温度分别为T1、T2、T3且恒定不变，在其他条件相同的情况下，实验测得反应均进行到t min时CO的体积分数如图所示，此时三个容器中一定处在化学平衡状态的是________(填“T1”或“T2” 或“T3”)；

(5)电化学在我们的生产生活中占有越来越重要的地位。

①燃料电池是一种绿色环保、高效的化学电源。图为甲醇燃料电池，则负极反应式为_____________。

②用甲醇燃料电池电解300mL饱和食盐水(惰性电极)，则电解的离子方程式为____________________，电解一段时间后，当溶液的pH值为13时，消耗O2的质量为_______g。(忽略溶液体积变化)

Answer 1

【答案】-130.9 0.15mol/(L·min) BD KA=KB>KC T3 CH3OH – 6e-+ 8OH- = CO32- + 6H2O 2Cl-+2H2O2OH-+Cl2↑+H2↑ 0.24

【解析】

（1）根据盖斯定律，由已知方程式构建目标方程式可得到CO2与H2反应生成CH3OH的热化学反应方程式；

（2）根据化学反应速率是υ（H2）=2υ（CH3OH）计算；

（3）①平衡标志是正逆反应速率相同，各成分浓度保持不变分析判断选项；

②平衡常数只与温度有关，A、B两点温度相同，平衡常数相同，由图可知，温度T1＜T2，平衡时B点CO转化率更高，则降低温度平衡向正反应方向移动，K值增大；

（4）根据题中所给的图像进行分析；

（5）①分析元素化合价的变化可确定通入CH3OH的一极为负极，据此写出电极方程式；

②分析两个反应中的电子转移数目，结合甲醇燃料电池与电解池电子得失守恒找出关系式解答。

（1）已知：2CH3OH(l) +3O2(g)＝4H2O(l)+2CO2(g) △H＝-1453.0kJ/mol，2H2(g) + O2(g)＝2H2O(l) △H＝-571.6kJ/mol，根据盖斯定律，由②×3/2-①×1/2得：CO2(g)+3H2(g) ＝CH3OH(l)+ H2O(l) △H=(-571.6 kJ/mol )×3/2-(-1453.0kJ/mol) ×1/2=-130.9kJ/mol，故答案为：-130.9。

（2）υ（CH3OH）=△c/△t=0.75mol/L÷10min =0.075mol/（L·min），故υ（H2）=2υ（CH3OH）=0.15mol/（L·min），故答案为：0.15mol/（L·min）。

（3）①A.H2的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍，都是指正反应方向，不能说明正逆反应速率相等，不一定平衡，故A错误；

B.H2的体积分数不再改变是化学平衡的特征，达到了平衡，故B正确；
C.体系中H2的转化率和CO的转化率相等，不能说明正逆反应速率相等，不一定平衡，故C错误；

D.混合气体的平均相对分子质量等于质量和物质的量的比值，物质的量变化，质量不变，所以当体系中气体的平均相对分子质量不再改变，证明达到了平衡，故D正确。

故答案为：BD。

②平衡常数只与温度有关，A、B两点温度相同，平衡常数相同，则KA=KB；由图可知，B、C两点压强相同，平衡时B点CO转化率更高，又温度T1＜T2，则降低温度平衡向正反应方向移动，K值增大，则KB＞KC，故答案为：KA=KB＞KC。

（4）已知CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H＜0，该反应正反应为放热反应，根据图中T1、T2、T3的图像，CO百分含量由小到大依次为：T3＞T1＞T2，T1中的状态转变为T2中的状态，CO的百分含量减小，说明平衡正向移动，说明T1为达到平衡状态，T2中的状态转变为T3中的状态，CO的百分含量增大，说明平衡逆向移动，说明T2可能达到平衡状态，一定达到平衡状态的是T3，故答案为：T3。

（5）①图示为甲醇燃料电池，电解质为KOH溶液，CH3OH中碳元素的化合价由-2价升高到CO32-中的+4价，失去电子，所以通入CH3OH的一极是负极，负极反应式为：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，故答案为：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O。

②电解饱和食盐水是生成氢氧化钠、氢气和氯气，其离子方程式为：2Cl-+2H2O2OH-+Cl2↑+H2↑，电解一段时间后，溶液的pH值为13，则溶液中的c(H+)=10-13mol/L，则电解生成的NaOH的物质的量浓度c(NaOH)=c(OH-)=Kw/c(H+)=10-14/10-13/span>=0.1mol/L，即生成NaOH的物质的量为0.1mol/L×0.3L=0.03mol，根据甲醇燃料电池与电解池电子得失守恒有：CH3OH～3/2O2～6e-～6NaOH，则消耗氧气的质量m(O2)=1/4n(NaOH)×M(O2)=1/4×0.03mol×32g/mol=0.24g，故答案为：0.24。