Question

11．工业上可用甲烷和氧气在200℃和10MPa的条件下，通过铜制管道反应制得甲醇：2CH₄+O₂═2CH₃COH．
（1）已知一定条件下，CH₄和CH₃COH燃烧的热化学方程式分别为：
CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890.3kJ/lmol
CH₃COH（g）+l.5O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g ）△H=-677kJ/mol
则2CH₄（g）+O₂（g）═2CH₃OH（g）△H=-250kJ/mol
（2）甲烷固体氧化物燃料电池属于第三代燃料电池，是一种在高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置．其工作原理如图1所示．①a是电池的正极（填“正”或“负”），②b极的电极反应式为CH₄+4O₂-8e^-=CO₂+2H₂O．
（3）工业上合成甲醇的另一种方法为：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90kJ/mol
T℃时，将2mol CO 和4molH₂充入1L 的密闭容器中，测得H₂的物质的量随时间变化如图2实线所示．
①能用于判断反应已达化学平衡状态的是AB．
A．气体的总压强不再改变
B．H₂与CH₃OH的体积比不再改变
C．气体的密度不再改变
D．单位时间内消耗lmol CO，同时生成lmol CH₃OH
②请计算出T℃时反应的平衡常数K=3（mol/L）²．
③仅改变某一实验条件再进行两次实验测得H₂的物质的量随时间变化如图2中虚线所示．曲线Ⅰ对应的实验条件改变是：升高温度；曲线Ⅱ对应的实验条件改变是增大压强（或增大CO的浓度） 0．
④a、b、c三点逆反应速率由大到小排列的顺序是b＞c＞a．

Answer 1

分析 （1）①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890.3kJ/lmol
②CH₃COH（g）+l.5O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-677kJ/mol
结合盖斯定律计算（①-②）×$\frac{1}{2}$得到热化学方程式；
（2）原电池中负极上是燃料失电子发生氧化反应，正极上是氧气得到电子发生还原反应；
（3）①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90KJ/mol，反应是气体体积减小的放热反应，化学反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不再改变，由此衍生的一些物理量也不变，以此进行判断；
②利用三段式列式计算出各组分的浓度，再利用平衡常数表达式计算出该反应的平衡常数；
③由图1可知，曲线Ⅰ最先到达平衡，平衡时氢气的物质的量增大，故改变条件应增大反应速率且平衡向逆反应移动；曲线Ⅱ到达平衡的时间比原平衡短，平衡时氢气的物质的量减小，故改变条件应增大反应速率且平衡向正反应移动；结合反应的特征进行分析；
④先拐先平温度高或压强大，反应速率大；

解答 解：（1）①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890.3kJ/lmol
②CH₃COH（g）+l.5O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-677kJ/mol
结合盖斯定律计算（①-②）×$\frac{1}{2}$得到热化学方程式：2CH₄（g）+O₂（g）═2CH₃OH（g）△H=-250KJ/mol
故答案为：-250KJ/mol；
（2）原电池中负极上是燃料失电子发生氧化反应，正极上是氧气得到电子发生还原反应，a为正极，b为负极，电极反应式为CH₄+4O₂-8e^-=CO₂+2H₂O，
故答案为：正；CH₄+4O₂-8e^-=CO₂+2H₂O；
（3）①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90KJ/mol，
A．反应前后气体物质的量变化，当气体的总压强不再改变，说明反应达到平衡状态，故A正确；
B．H₂与CH₃OH的体积比不再改变，说明正逆反应速率相同，故B正确；
C．反应前后气体质量和体积不变，气体密度始终不变，气体的密度不再改变不能说明反应达到平衡状态，故C错误；
D．单位时间内消耗lmol CO，同时生成lmol CH₃OH，反应正向进行，故D错误
故答案为：AB；
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）    2            4                     0
变化量（mol/L）   1.5           3                   1.5
平衡量（mol/L）   0.5          1                    1.5
K=$\frac{1.5}{0.5×{1}^{3}}$（mol/L）²=3（mol/L）² ，
故答案为：3（mol/L）²；
③对于可逆反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90KJ/mol，正反应是体积减小的放热反应；由图1可知，曲线Ⅰ最先到达平衡，平衡时氢气的物质的量增大，故改变条件应增大反应速率且平衡向逆反应移动，可以采取的措施为：升高温度；曲线Ⅱ到达平衡的时间比原平衡短，平衡时氢气的物质的量减小，故改变条件应增大反应速率且平衡向正反应移动，可以采取的措施为：增大压强或者是增大CO₂浓度，
故答案为：升高温度；增大压强（或增大CO的浓度）；
  ④图象分析可知，先拐先平温度高或压强大，反应速率大，a、b、c三点逆反应速率由大到小排列的顺序是：b＞c＞a，
故答案为：b＞c＞a；

点评 本题考查热化学方程式书写、化学平衡图象、反应速率大小判断、外界条件对平衡的影响等，题目难度不大，注意图象1中利用“先拐先平”，即曲线先折拐的首先达到平衡，以此判断温度或压强的高低，再依据外界条件对平衡的影响解答．