题目内容
2．甲醇是一种重要的可再生能源．（1）已知2CH4（g）+O2（g）═2CO（g）+4H2（g）△H=aKJ/mol
CO（g）+2H2（g）═CH2OH（g）△H=bKJ/mol
试写出由CH4和O2制取甲醇的热化学方程式：2CH4（g）+O2（g）=2CH3OH（g）△H=（a+2b）kJ/mol．
（2）还可以通过下列反应制备甲醇：CO（g）+2H2（g）═CH2OH（g）
甲图是反应时CO和CH2OH（g）的浓度随时间的变化情况．从反应开始到达平衡，用H2表示平均反应速率v（H2）=0.15mol/（L•min）．
（3）在一容积可变的密闭容器中充入10molCO和20molH2，CO的平衡转化率随温度（T）、压强（P）的变化如乙图所示．
①下列说法能判断该反应达到化学平衡状态的是BD．（填字母）
A．H2的消耗速率等于CH2OH的生成速率的2倍数
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）=4L．
（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）．若KOH溶液足量，则写出电池总反应的离子方程式：2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O．
分析 （1）已知：①2CH4（g）+O2（g）═2CO（g）+4H2（g）△H=akJ/mol
②CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）△H=bkJ/mol
根据盖斯定律，①+②×2可得：2CH4（g）+O2（g）=2CH3OH（g）；
（2）根据反应速率v=$\frac{△c}{△t}$，结合物质表示的反应速率之比等于物质前边的系数之比来计算；
（3）①可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不变化说明到达平衡；
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；
③A、B反应温度相等，则平衡常数相等，利用平衡常数计算；
（4）燃料电池总反应是燃料燃烧的化学方程式，在碱性环境下，二氧化碳转化为碳酸根离子．
解答 解：（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，①+②×2可得到2CH4（g）+O2（g）=2CH3OH（g）△H=（a+2b）kJ/mol，
故答案为：2CH4（g）+O2（g）=2CH3OH（g）△H=（a+2b）kJ/mol；
（2）用甲醇表示的反应速率v=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min），氢气表示的反应速率是甲醇的2倍，即0.15mol/（L•min），故答案为：0.15mol/（L•min）；
（3）A．H2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，故A错误；
B．H2的体积分数不再改变是化学平衡的特征，达到了平衡，故B正确；
C．体系中H2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，故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，故D正确；
故答案为：BD；
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，故答案为：＜；
③A、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=$\frac{\frac{8}{V}}{\frac{2}{V}•（\frac{4}{V}）^{2}}$=4，V=4L，
故答案为：4；
（4）燃料电池总反应是燃料燃烧的化学方程式，在碱性环境下，二氧化碳转化为碳酸根离子，即2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O，
故答案为：2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O．
点评 本题考查化学平衡计算、平衡状态判断、盖斯定律应用、原电池，题目比较综合，为高考常见题型，需学生具备扎实的基础，是对学生综合能力的考查，（3）中体积计算为难点，注意掌握平衡常数应用，难度中等．
天天向上一本好卷系列答案
硫代硫酸钠（Na2S2O3）可由亚硫酸钠和硫粉通过化合反应制得．已知：Na2S2O3在酸性溶液中不能稳定存在．（1）某研究小组设计了制备Na2S2O3•5H2O的装置和部分操作步骤如下．
Ⅰ．打开Kl，并闭K2，向圆底烧瓶中加人足量浓硫酸，加热．
Ⅱ．C中的混合液被气流搅动，反应一段时间后，硫粉的量逐渐减少．当C中溶液的pH接近7时即停止C中的反应．
Ⅲ．过滤C中的混合液．
Ⅳ．将滤液加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、烘干，得到产品．
①Ⅰ中，圆底烧瓶中发生反应的化学方程式是：Cu+2H2SO4（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO4+SO2↑+2H2O．
②Ⅱ中“停止C中的反应”的操作是打开K2，关闭K1．
③Ⅳ中将滤液加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、烘干，得到产品．Na2S2O3•5H2O的溶解度随温度升高显著增大，所得产品通过重结晶方法提纯．
④装置B的作用是在C中的反应停止后吸收A中产生的多余SO2防止空气污染．
（2）依据反应2S2O32-+I2═S4O62-+2I-，可用I2的标准溶液测定产品的纯度．取5.5g产品，配制成100mL溶液．取10mL溶液，以淀粉溶液为指示剂，用浓度为0.050mol•L-1I2的标准溶液进行滴定，相关数据记录如下表所示．
| 编号 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| 溶液的体积/mL | 10.00 | 10.00 | 10.00 | 10.00 |
| 消耗I2标准溶液的体积/mL | 19.99 | 19.98 | 17.13 | 20.03 |
②Na2S2O3•5H2O在产品中的质量分数是90.2%（Na2S2O3•5H2O的式量为248，计算结果保留1位小数）．
（1）实验室利用反应TiO2（s）+2CCl4（g）═TiCl4（g）+CO2（g），在无水无氧条件下，制取TiCl4实验装置示意图如下
有关性质如表：
| 物质 | 熔点/℃ | 沸点/℃ | 其他 |
| CCl4 | -23 | 76 | 与TiCl4互溶 |
| TiCl4 | -25 | 136 | 遇潮湿空气产生白雾 |
（2）反应结束后依次进行如下操作：①熄灭酒精灯②停止通氮气③冷却至室温．正确的顺序为①③②（填序号）．
（3）D中的液态混合物成分是CCl4和TiCl4，要分离混合物所采用操作的名称是蒸馏．
| A． | 过滤、蒸发、结晶、溶解 | B． | 溶解、蒸发、结晶、过滤 | ||
| C． | 溶解、蒸发、过滤、结晶 | D． | 溶解、过滤、蒸发、结晶 |
| 物质 | 熔点 | 沸点 | 水溶性 | 相对分子质量 |
| 乙二醇 | -12.9℃ | 197.3℃ | 溶于水、醇 | 62 |
| 甲醇 | -97℃ | 64.7℃ | 与水互溶 | 32 |
| 草酸二甲酯 | 54℃ | 163.5℃ | 微熔于冷水，溶于醇和醚 | 118 |
实验室用图1所示装置模拟草酸二甲酯的制备：
步骤1：先往三颈烧瓶中加入甲醇，然后通过A在搅拌器工作时缓慢加入浓硫酸，混合液冷却后，再加入草酸；
步骤2：将A换为球形冷凝管，在3处塞上温度计，在一定的温度下回流2-3小时；
步骤3：将混合液冷凝分离得到草酸二甲酯．
（二）乙二醇的制取
实验室用图2所示的装置模拟工业乙二醇的制取（夹持设备和部分加热装置省略）
反应方程式为：
回答下列问题：
（1）仪器A的名称为分液漏斗，步骤3中首个操作是将混合物与冷水混合，则“混合”的正确操作是将混合物沿杯壁慢慢注入装有冷水的烧杯（或容器）中，并不断搅拌．
（2）装置B的作用是使草酸二甲酯和氢气混合均匀．烧杯C中水的温度不能低于55℃，原因是温度低于55℃，未反应的草酸二甲酯会凝结堵塞导管．
（3）对粗产品（主要含乙二醇、草酸二甲酯和甲醇）进行精制，蒸馏收集197.3℃（197℃左右即可）℃的馏分．
（4）实验过程中，使用了16g H2和59g草酸二甲酯，最后得到乙二醇为12.4g，乙二醇的产率为40%．
（5）设计实验证明乙二醇为二元醇：取62g乙二醇，加入足量金属钠充分反应，收集并测量生成的氢气的质量是2g（或其他合理答案，乙二醇与氢气的量符合正确比例即可）．
