题目内容
【题目】甲醇是一种重要的可再生能源。
(1)已知2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g) ΔH =a kJ·mol-1
CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) ΔH =b kJ·mol-1
试写出由CH4和O2制取甲醇的热化学方程式 。
(2)还可通过下列反应制甲醇:CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)。甲图是反应时CO和CH3OH(g)的浓度随时间的变化情况。从反应开始到达平衡,用H2表示反应速率υ(H2)= 。
![]()
(3)在一容积可变的密闭容器中充入10 mol CO和20 mol 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20 L。如果反应开始时仍充入10 molCO和20 molH2,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,则写出电池负极反应式________________________。
②若电解质溶液中KOH的物质的量为0.8 mol,当有0.5 mol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 。
【答案】(1)2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g);ΔH=(a+2b) kJ·mol-1
(2)0.15mol·L-1·min-1
(3)①BD②<③4
(4)①CH3OH+8OH- -6e-=
+6H2O②c(K+)>c(
)>c(
)>c(OH-)>c(H+)
【解析】
试题解析:
(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,
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υ(CH3OH)=
=0.075mol/(Lmin),氢气表示的反应速率是甲醇的2倍,即υ(H2)=0.15mol/(Lmin)。
(3)①A.因为H2是反应物,甲醇是生成物,且二者计量数之比为2:1,所以无论平衡与否,反应过程中
H2的消耗速率始终等于CH3OH的生成速率的2倍,故A错误;B.H2的体积分数不再改变是化学
平衡的特征,达到了平衡状态,故B正确;C.因为体系中加入的H2和CO的物质的量之比为2: 1,
二者的计量数之比为2:1,所以反应的转化率始终相等,不能说明反应一定平衡,故C错误;D.体
系中气体的平均摩尔质量等于气体总质量和气体总物质的量的比值,总质量不变,反应时气体物质
的量减小,所以当体系中气体的平均摩尔质量不再改变时,证明反应达到了平衡,故D正确。
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。
③A、B两容器温度相同,即化学平衡常数相等,根据A点时CO的转化率为0.5,容器容积为20L,
可计算出平衡常数K=
=4;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,V=4。
(4)①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-=2
+6H2O,电池的负极是甲醇失去电子被氧化的过程:CH3OH+8OH--6e-
=
+6H2O
②当有0.5mol甲醇参与反应时,产生的二氧化碳是0.5mol,和0.8mol氢氧化钾反应,根据元素守恒
可以计算n (K2CO3)=0.3mol,n (KHCO3)=0.2mol,二者的水溶液均为碱性,所以c(K+)>c(CO
)>
c (HCO
)>c (OH
)>c (H+)。