Question

【题目】甲醇是一种重要的化工原料，工业上可用CO和H2合成甲醇（催化剂为Cu2O/ZnO）：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH = -90.8 kJ·mol-1

（1）某研究小组，在温度和容器的容积保持不变时，研究该反应是否达到平衡状态，以下五位同学对平衡状态的描述正确的是__________。

A.甲：H2的消耗速率等于CH3OH的生成速率

B.乙：容器内的压强保持不变

C.丙：容器内气体的密度保持不变

D.丁：容器中气体的平均摩尔质量保持不变

（2）若在一定温度下、容积为2L的密闭容器中，投入2 mol CO、4 mol H2，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时H2转化率为75%，求平衡时CH3OH的浓度=__________mol/L

（3）已知在298K、101kPa下：甲醇的燃烧热化学方程式为：

CH3OH(l)+ 3/2 O2(g)= CO2(g)+ 2H2O(l) ΔH= -725.8 kJ·mol-1；

CO的燃烧热化学方程式为：CO(g)+ 1/2 O2(g)= CO2(g) ΔH= -283 kJ·mol-1;

H2O (g) === H2O(l) ΔH= -44 kJ·mol-1

请写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和水蒸气的热化学方程式__________。

（4）以甲醇为燃料，氧气为氧化剂，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）

①该电池中通入甲醇的是电源的__________（填正、负）极，若KOH溶液足量，则写出电池总反应的离子方程式__________。

②若电解质溶液中KOH的物质的量为0.5mol，当有0.5mol甲醇参与反应时，产物恰好为KHCO3时，该电池的负极反应式为__________，所得溶液中各种离子的物质的量浓度由大到小的顺序是__________。

Answer 1

【答案】 BD 0.75 mol/L CH3OH (l)+O2(g) = CO (g)+ H2O(g) ΔH= -354.8 kJ·mol-1 负 2CH3OH+3O2+4OH- = 2CO32-+6H2O CH3OH – 6e- + 7OH- = HCO3- + 5H2O c（K+）>c（HCO3-）>c（OH-）>c（H+）>c（CO32-）

【解析】（1）A. H2的消耗速率不会等于CH3OH的生成速率，A错误；B. 若压强保持不变，则气体体积既不增加也不减少，方程处于平衡状态，B正确；C. 由于方程不论向那个方向进行，总质量不变，容器体积固定，则气体密度不发生改变，C错误；D. 方程式两端物质平均摩尔质量不同，若平均摩尔质量不变，则方程平衡，D正确。故选择BD。

（2）消耗75%的氢气，即消耗3mol氢气，生成甲醇1.5mol，则容器内甲醇的浓度为0.75 mol/L；

（3）反应方程为CH3OH (l)+O2(g) = CO (g)+ H2O(g)，ΔH= [-725.8-（-283）-（-44）×2] kJ·mol-1 =-354.8 kJ·mol-1

（4）①因为氧气要在正极得到电子，所以甲醇在负极失去电子被氧化；离子方程式为：2CH3OH+3O2+4OH- = 2CO32-+6H2O；

②负极CH3OH失去电子，与KOH反应生成KHCO3，离子方程式为：CH3OH – 6e- + 7OH- = HCO3- + 5H2O；反应生成KHCO3，同时存在H2O+HCO3-===（可逆）CO32++2OH-，故溶液中的离子为c（K+）>c（HCO3-）>c（OH-）>c（H+）>c（CO32-）。