Question

（2013?泰安二模）近年来，以天然气等为原料合成甲醇的难题被一一攻克，极大地促进了甲醇化学的发展．
（1）与炭和水蒸气的反应相似，以天然气为原料也可以制得CO和H₂，该反应的化学方程式为

CH₄+H₂O

高温  .

CO+3H₂

．
（2）合成甲醇的一种方法是以CO和H₂为原料，其能量变化如图1所示：
由图可知，合成甲醇的热化学方程式为

CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=（a-b）kJ/mol

．
（3）以CO₂为原料也可以合成甲醇，其反应原理为：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
①在lL的密闭容器中，充入1molCO₂和3molH₂，在500℃下发生反应，测得CO₂（g）和CH₃OH（g）的浓度随时问变化如图2所示：
则下列说法正确的是

BD

（填字母）；
A．3min时反应达到平衡
B．0～10min时用H2表示的反应速率为0.225mol?^-1?min^-1
C．CO₂的平衡转化率为25%
D．该温度时化学平衡常数为

16

3

(mol?L-1)-2
②在相同温度、相同容积的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下：

容器	容器1	容器2	容器3
反应物投入量（始态）	1molCO2、3molH2	0.5molCO2、1.5molH2	1molCH3OH、1molH2O
CH3OH的平衡浓度/mol?L-1	c1	c2	c3
平衡时体系压强/Pa	p1	p2	p3

则下列各量的大小关系为c₁

等于

c₃，p₂

小于

p₃（填“大于”、“等于”或“小于”）．
（4）近年来，甲醇燃料电池技术获得了新的突破，如图3所示为甲醇燃料电池的装置示意图．电池工作时，分别从b、c充入CH₃OH、O₂，回答下列问题：
①从d处排出的物质是

水

，溶液中的质子移向电极

N

（填“M”或“N”）；
②电极M上发生的电极反应式为

CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺

．

Answer 1

分析：（1）根据反应物、生成物和反应条件写出反应方程式；
（2）根据图中反应物和生成物、反应热写出其热化学反应方程式；
（3）①A．反应达到平衡状态时各物质的浓度不再发生变化；
B．根据v=

△c

△t

计算；
C．CO₂的平衡转化率=

参加反应的二氧化碳浓度

二氧化碳的初始浓度

×100%；
D．该温度时化学平衡常数K=生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比；
②利用等效平衡进行分析；
（4）①正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，原电池放电时电解质溶液中质子向正极移动；
②电极M甲醇失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子．

解答：解：（1）反应物是甲烷和水，生成物是一氧化碳和氢气，用观察法配平，反应条件是高温和催化剂，所以方程式是：CH₄+H₂O

高温  .

CO+3H₂，
故答案为：CH₄+H₂O

高温  .

CO+3H₂；
（2）根据图片知，反应热△H=（a-b）kJ/mol，所以其热化学反应方程式为CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=（a-b）kJ/mol，
故答案为：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=（a-b）kJ/mol；
（3）①A．3min后各物质的浓度还发生变化，所以3min时该反应未达到平衡，故错误；
B．0～10min时用H₂表示的反应速率=(

1-0.25

10

×3)mol/(L．min)=0.225mol?^-1?min^-1，故正确；
C．CO₂的平衡转化率=

1-0.25

1

×100%=75%，故错误；
D．平衡时c（CO₂）=0.25mol/L，c（CH₃OH）=c（H₂O）=0.75mol/L，c（H₂）=3c（CO₂）=0.75mol/L，该温度时化学平衡常数=

0.75×0.75

0.25×(0.75)3

（mol/L）²=

16

3

（mol/L）²，故正确；
故选BD；
②采用一边倒的方法知，容器1和容器3是等效平衡，所以平衡时甲醇的浓度c₁ 等于c₃，容器2相当于减小压强，平衡向逆反应方向移动，则平衡时p₂ 小于p₃，
故答案为：等于；小于；
（4）①燃料电池中，负极上投放燃料，正极上投放氧化剂，c电极上投放氧气，氧气得电子和氢离子反应生成水，所以d出来的是水，原电池放电时，氢离子向正极N极移动，故答案为：水；N；
②电极M上发生的电极反应式为：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，故答案为：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺．

点评：本题考查反应方程式、热化学反应方程式、电极反应式的书写和等效平衡等知识点，等效平衡是学习难点，采用一边倒的方法进行分析解答，难度中等．