Question

【题目】甲醇是一种重要的可再生能源．
（1）2CH4（g）+O2（g）=2CO（g）+4H2（g）△H=a kJ/mol
CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）△H=b kJ/mol
写出由CH4和O2制取CH3OH（g）的热化学方程式： ．
（2）甲图是反应时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）在一容积可变的密闭容器中充入10mol CO和20mol H2 ， 发生上述反应并达到平衡，CO的平衡转化率随温度（T）、压强（P）的变化曲线如乙图所示．
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
（4）以甲醇为燃料，O2为氧化剂，KOH溶液为电解质溶液，可制成燃料电池（电极材料为惰性电极）．若KOH溶液足量，写出燃料电池负极的电极反应式：
（5）如图所示，以甲醇燃料电池作为电源实现下列电解过程．乙池中发生反应的离子方程式为 ． 当甲池中增重16g时，丙池中理论上产生沉淀质量的最大值为g．

Answer 1

【答案】
（1）2CH4（g）+O2（g）=2CH3OH（g）△H=（a+2b）kJ/mol
（2）0.15mol/（L?min）
（3）BD
（4）CH3OH﹣6e﹣+8OH﹣=CO32﹣+6H2O
（5）2Cu2++2H2O 2Cu+O2+4H+；34.8
【解析】解：（1）已知①2CH4（g）+O2（g）=2CO（g）+4H2（g）△H=a KJ/mol②CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）△H=b KJ/mol，①+②×2可得到2CH4（g）+O2（g）=2CH3OH（g）△H=（a+2b）kJ/mol，
所以答案是：2CH4（g）+O2（g）=2CH3OH（g）△H=（a+2b） kJ/mol；（2）用甲醇表示的反应速率v= =0.075mol/（Lmin），氢气表示的反应速率是甲醇的2倍，即0.15mol/（Lmin），
所以答案是：0.15 mol/（Lmin）；（3）A．H2的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍，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．反应的方程式为CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g），充入10mol CO和20mol H2 ， 消耗的反应物的物质的量为1：2，则无论是否达到平衡状态，H2的转化率和CO的转化率都相等，故C错误；
D．体系中气体的平均摩尔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摩尔质量不再改变，证明达到了平衡，故D正确．
所以答案是：BD；（4）碱性条件下，甲醇在负极被氧化生成碳酸根离子，电极方程式为CH3OH﹣6e﹣+8OH﹣=CO32﹣+6H2O，所以答案是：CH3OH﹣6e﹣+8OH﹣=CO32﹣+6H2O；（5）图2中甲池为原电池，通入甲醇的电极为负极，铜氧气的电极为正极，则乙池中石墨为阳极，银为阴极，溶液中铜离子在银电极析出，Cu2++2e﹣=Cu，阳极上是氢氧根离子放电生成氧气，所以电极反应为：4OH﹣﹣4e﹣=2H2O+O2↑，电池反应的离子方程式为：2Cu2++2H2O 2Cu+O2+4H+ ， 丙中与银连接的Pt电极为阳极，另一个电极为阴极，电极反应为阳极：2Cl﹣﹣2e﹣=Cl2↑，阴极为2H++2e﹣=H2↑，MgCl2+2H2O Mg（OH）2↓+H2↑+Cl2↑，甲池中发生的反应为：2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O，溶液中甲醇和氧气反应后导致溶液质量增大，每反应2mol甲醇和3mol氧气反应溶液质量增加=2mol×32g/mol+3mol×32g/mol=160g，电子转移为12mol，当甲池中增重16g时，电子转移1.2mol，电子守恒得到丙池中理论上产生沉淀为氢氧化镁，依据化学方程式，生成1mol氢氧化镁，电子转移2mol电子，则电子转移1.2mol，生成沉淀氢氧化镁0.6mol，计算得到物质的量为质量=0.6mol×58g/mol=34.8g，
所以答案是：2Cu2++2H2O 2Cu+O2+4H+；34.8．
【考点精析】解答此题的关键在于理解化学平衡状态的判断的相关知识，掌握状态判断：①v(B耗)=v(B生)②v(C耗):v(D生)=x : y③c(C)、C%、n(C)%等不变④若A、B、C、D为气体，且m+n≠x+y，压强恒定⑤体系颜色不变⑥单位时间内某物质内化学键的断裂量等于形成量⑦体系平均式量恒定（m+n ≠ x+y）等．