题目内容
甲醇是一种新型的汽车动力燃料，工业上可通过CO和H2化合制备甲醇，该反应的热化学方程式为：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H已知某些化学键的键能数据如下表：
| 化学键 | C-C | C-H | H-H | C-O | C≡O | H-O |
| 键能/kJ?mol-1 | 348 | 413 | 436 | 358 | 1072 | 463 |
（1）已知CO中的C与O之间为叁键连接，该反应的△H=
（2）某化学研究性学习小组模拟工业合成甲醇的反应，在容积固定为2L的密闭容器内充入1molCO和2molH2，加入合适催化剂（体积可以忽略不计）后在250°C开始反应，并用压力计监测容器内压强的变化如下：
| 反应时间/min | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 |
| 压强/MPa | 12.6 | 10.8 | 9.5 | 8.7 | 8.4 | 8.4 |
（3）下列描述中能说明上述反应已达平衡的是
A、容器内气体的平均摩尔质量保持不变
B、2v（H2）正=v（CH3OH）逆
C、容器中气体的压强保持不变
D、单位时间内生成nmolCO的同时生成2nmolH2
（4）甲醇-空气燃料电池（DMFC）是一种高效能、轻污染电动汽车的车载电池，其工作原理示意图如右，该燃料电池的电池反应式为2CH3OH（g）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（l），则负极的电极反应式为
考点：有关反应热的计算,化学电源新型电池,化学平衡状态的判断,化学平衡的计算
专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题,电化学专题
分析：（1）依据化学反应焓变=反应物键能总和-生成物键能总和计算，标注物质聚集状态和对应反应的焓变写出热化学方程式；
（2）通过（1）写出的热化学方程式可知反应是气体体积减小的放热反应，当减小到20min时反应达到平衡状态，依据反应速率概念V=
计算速率，平衡常数是利用平衡状态下生成物浓度幂次方乘积除以反应物浓度的幂次方乘积得到；对于放热反应，温度升高，化学平衡常数会减小；
（3）反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化，可由此进行判断；
（4）根据氢离子的移动方向知，右边电极是正极，左边电极是负极，负极上燃料失电子发生氧化反应，正极上氧化剂得电子发生还原反应，据此书写电极反应式．
（2）通过（1）写出的热化学方程式可知反应是气体体积减小的放热反应，当减小到20min时反应达到平衡状态，依据反应速率概念V=
| △c |
| △t |
（3）反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化，可由此进行判断；
（4）根据氢离子的移动方向知，右边电极是正极，左边电极是负极，负极上燃料失电子发生氧化反应，正极上氧化剂得电子发生还原反应，据此书写电极反应式．
解答：
解：（1）CO（g）+2H2（g）?CH3OH （g），反应的焓变可以根据反应物的总键能和生成物的总键能计算得到，焓变=反应物总键能之和-生成物总键能之和，依据图表提供的化学键的键能计算得到，）△H1═1072KJ/mol+2×436KJ/mol-（3×413KJ/mol+358KJ/mol+463KJ/mol）=-116 kJ?mol-1，热化学方程式CO（g）+2H2（g）?CH3OH （g）△H=-116 kJ?mol-1，
故答案为：-116 kJ?mol-1；
（2）从反应开始到20min时，设CO的浓度变化量是x，
CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）
初始浓度：0.5 1 0
变化浓度：x 2x x
平衡浓度：0.5-x 1-2x x
根据反应前后压强之比等于物质的量之比，则
=
，解得x=0.25mol/L，
从反应开始到20min时，以CO表示的平均反应速率v=
=
=0.0125mol/（L?min），
平衡常数K=
=
=4（mol/L）-2，
对于该放热反应，温度升高，化学平衡常数会减小；
故答案为：0.0125mol/（L?min）；4（mol/L）-2；减小；
（3）反应是气体体积减小的放热反应，依据平衡移动原理分析判断
A、容器内气体的平均摩尔质量等于总质量除以总物质的量，质量是守恒的保持不变，但是n变化，当气体的平均摩尔质量不变了，证明达到平衡，故A正确；
B、v（H2）正=2v（CH3OH）逆才能说明正逆反应速率相等，化学反应达到平衡，故B错误；
C、反应是前后气体体积变化的反应，容器中气体的压强保持不变，证明达到了平衡，故C正确；
D、单位时间内生成nmolCO的同时生成2nmolH2，不能说明正逆反应速率相等，不一定平衡，故D错误．
故选AC；
（4）可燃物甲醇在负极失去电子生成二氧化碳，负极电极反应式为：CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+，正极为氧气得电子生成氢氧根离子，
故答案为：CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+．
故答案为：-116 kJ?mol-1；
（2）从反应开始到20min时，设CO的浓度变化量是x，
CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）
初始浓度：0.5 1 0
变化浓度：x 2x x
平衡浓度：0.5-x 1-2x x
根据反应前后压强之比等于物质的量之比，则
| 3 |
| 3-4x |
| 12.6 |
| 8.4 |
从反应开始到20min时，以CO表示的平均反应速率v=
| △c |
| △t |
| 0.25mol/L |
| 20min |
平衡常数K=
| c(CH3OH) |
| c(CO)c2(H2) |
| 0.25mol/L |
| 0.25mol/L×(0.5mol/L)2 |
对于该放热反应，温度升高，化学平衡常数会减小；
故答案为：0.0125mol/（L?min）；4（mol/L）-2；减小；
（3）反应是气体体积减小的放热反应，依据平衡移动原理分析判断
A、容器内气体的平均摩尔质量等于总质量除以总物质的量，质量是守恒的保持不变，但是n变化，当气体的平均摩尔质量不变了，证明达到平衡，故A正确；
B、v（H2）正=2v（CH3OH）逆才能说明正逆反应速率相等，化学反应达到平衡，故B错误；
C、反应是前后气体体积变化的反应，容器中气体的压强保持不变，证明达到了平衡，故C正确；
D、单位时间内生成nmolCO的同时生成2nmolH2，不能说明正逆反应速率相等，不一定平衡，故D错误．
故选AC；
（4）可燃物甲醇在负极失去电子生成二氧化碳，负极电极反应式为：CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+，正极为氧气得电子生成氢氧根离子，
故答案为：CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+．
点评：本题涉及化学反应的焓变和化学键键能之间的关系、化学反应速率和平衡、等效平衡以及化学平衡的有关计算、燃料电池等知识，综合性强，明确燃料电池中正负极上得失电子是解答（4）的关键，题目难度大．
练习册系列答案
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