Question

【题目】（14分）工业上可由天然气为原料制备甲醇，也可由水煤气合成甲醇。

（1）已知2CH4（g）＋O2（g）=2CO2（g）＋4H2（g） △H＝akJ/mol

CO（g）＋2H2（g）＝CH3OH（g）△H＝bkJ/mol

试写出由CH4和O2制取甲烷的热化学方程式：___________________。

（2）还可以通过下列反应制备甲醇：CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g）。图甲是反应时CO（g）和CH3OH（g）的浓度随时间t的变化情况。从反应开始到平衡，用CO表示平均反应速率v（CO）＝____________，该反应的平衡常数表达式为______________。

（3）在一容积可变的密闭容器中充入10mol CO和20mol H2，CO的平衡转化率随温度（T）、压强（P）的变化如乙图所示．

①下列说法不能判断该反应达到化学平衡状态的是___________。（填字母）

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．体系中H2的转化率和CO的转化率相等

D．体系中气体的平均摩尔质量不再改变

②比较A、B两点压强大小PA___________PB（填“＞、＜、=”）。

③若达到化学平衡状态A时，容器的体积为20L．如果反应开始时仍充入10molCO和20molH2，则在平衡状态B时容器的体积V（B）=___________L。

（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若KOH溶液足量，则电池负极反应的离子方程式为_____________。

②若电解质溶液中KOH的物质的量为1．0mol，当有0．75mol甲醇参与反应时，电解质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】（除特殊标注外，每空2分，共14分）

（1）2CH4（g）+O2（g）=2CH3OH（g） ΔH=（a+2b）kJ/mol

（2）0．075mol·L1·min1（1分）

（3）①AC ②＜（1分） ③4

（4）①CH3OH6e+8OH=CO32－+6H2O ②c（K+）> c（HCO3－）> c（CO32－）>c（OH）>c（H+）

【解析】

试题分析：（1）已知①2CH4（g）+O2（g）=2CO（g）+4H2（g）△H=a KJ/mol，②CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）△H=b KJ/mol，则根据盖斯定律可知①+②×2可得到2CH4（g）+O2（g）=2CH3OH（g）△H=（a+2b）kJ/mol；

（2）用甲醇表示的反应速率v=0．75mol/L÷10min=0．075mol/（Lmin），CO表示的反应速率等于用甲醇表示的反应速率，即0．075mol/（Lmin）；化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，所以根据方程式可知平衡常数表达式为。

（3）①A．氢气的消耗速率等于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，A错误；B．氢气的体积分数不再改变是化学平衡的特征，达到了平衡，B正确；C．体系中氢气的转化率和CO的转化率相等，不能说明正逆反应速率相等，不一定平衡，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，D正确，答案选AC。

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；

③利用A点可得平衡常数K＝，温度不变，平衡常数不变。A、B两容器温度相同，即化学平衡常数相等，且B点时CO的转化率为0．8，

则 CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

起始（mol）：10 20 0

转化（mol）：8 16 8

平衡（mol）：2 4 8

设体积为VL，则有K=＝4

解得V=4L

（4）①燃料电池得负极甲醇失去电子，碱过量，则负极方程式为CH3OH6e+8OH=CO32－+6H2O。

②当有0．75mol甲醇参与反应时，产生的二氧化碳是0．75mol，和1mol氢氧化钾反应，根据元素守恒可以计算n（K2CO3）=0．25mol，n（KHCO3）=0．5mol，二者的水溶液均为碱性，所以溶液中离子浓度大小顺序为c（K+）> c（HCO3－）> c（CO32－）>c（OH）>c（H+）。