Question

【题目】甲醇是一种重要的可再生能源．
（1）已知：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）反应：CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）的平衡常数K的表达式为； 图1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）的变化曲线如图2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A、B两点压强大小：P（A）P（B）（填“＞”、“＜”或“=”）．
③比较KA、KB、KC的大小：
（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： ．

Answer 1

【答案】
（1）2CH4（g）+O2（g）=2CH3OH（g）△H=（a+2b） kJ/mol
（2）K= ?；0.15mol/（L．min）
（3）BD；＜；KA=KB＞KC
（4）CH3OH﹣6e﹣+8OH﹣=CO32﹣+6H2O
【解析】解：（1）①2CH4（g）+O2（g）=2CO（g）+4H2（g）△H=a kJ/mol②CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）△H=b kJ/mol根据盖斯定律，由①+②×2得：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）化学平衡常数为生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，反应物的生成物都是气体，故平衡常数表达式为K= ；
υ（CH3OH）= = =0.075mol/（L．min），故υ（H2）=2υ（CH3OH）=0.15mol/（L．min），
所以答案是：K= ；0.15mol/（L．min）；（3）A．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；
故选BD；②正反应方向为气体体积减小的方向，T1℃时比较CO的转化率，转化率越大，则压强越大，图象中PB转化率大于PA ， 可知PA＜PB ， 所以答案是：＜；③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 ， 所以答案是：KA=KB＞KC；（4）燃料电池负极的电极反应是燃料失电子发生氧化反应，在碱性环境下，二氧化碳转化为碳酸根离子，所以负极反应为：CH3OH﹣6e﹣+8OH﹣=CO32﹣+6H2O，所以答案是：CH3OH﹣6e﹣+8OH﹣=CO32﹣+6H2O．
【考点精析】关于本题考查的化学平衡状态的判断和化学平衡的计算，需要了解状态判断：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；反应物转化率=转化浓度÷起始浓度×100%=转化物质的量÷起始物质的量×100%；产品的产率=实际生成产物的物质的量÷理论上可得到产物的物质的量×100%才能得出正确答案．