题目内容
开发、使用清洁能源发展“低碳经济”，正成为科学家研究的主要课题．氢气、甲醇是优质的清洁燃料，可制作燃料电池．（1）已知：①2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（g）△H1=-1275.6kJ?mol-1
②2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H2=-566.0kJ?mol-1
③H2O（g）=H2O（l）△H3=-44.0kJ?mol-1写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：
（2）生产甲醇的原料CO和H2来源于：CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）
①一定条件下CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图a．则，Pl
②100℃时，将1mol CH4和2mol H2O通入容积为100L的反应室，反应达平衡的标志是：
a．容器内气体密度恒定
b．单位时间内消耗0.1mol CH4同时生成0.3mol H2
c．容器的压强恒定
d．3v正（CH4）=v逆（H2）
如果达到平衡时CH4的转化率为0.5，则100℃时该反应的平衡常数K=
（3）某实验小组利用CO（g）、O2（g）、KOH（aq）设计成如图b所示的电池装置，负极的电极反应式为
（4）氢氧燃料电池的三大优点是：
考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,原电池和电解池的工作原理,化学平衡常数的含义,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）根据盖斯定律来计算化学反应的焓变；
（2）①从CO转化率随温度的变化趋势分析第一问；在200℃时，看不同压强下CO的转化率大小，结合化学方程式中反应前后气体的体积变化解答，A、B、C三点处对应平衡常数（KA、KB、KC）的大小和温度有关；
②化学平衡的标志是正逆反应速率相同，各组分含量保持不变，据此分析选项；利用三段式法计算化学平衡常数；
（3）电池的负极发生氧化反应，负极上是燃料发生氧化反应，串联电路中，各个装置转移电子是相等的，据电子守恒进行计算；
（4）原电池具有能量利用率高的特点，氢氧燃料电池的产物是水，据此回答．
（2）①从CO转化率随温度的变化趋势分析第一问；在200℃时，看不同压强下CO的转化率大小，结合化学方程式中反应前后气体的体积变化解答，A、B、C三点处对应平衡常数（KA、KB、KC）的大小和温度有关；
②化学平衡的标志是正逆反应速率相同，各组分含量保持不变，据此分析选项；利用三段式法计算化学平衡常数；
（3）电池的负极发生氧化反应，负极上是燃料发生氧化反应，串联电路中，各个装置转移电子是相等的，据电子守恒进行计算；
（4）原电池具有能量利用率高的特点，氢氧燃料电池的产物是水，据此回答．
解答：
解：（1）已知：①2CH3OH（l）+3O2（g）═2CO2（g）+4H2O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H=-566.0kJ/mol
③H2O（g）═H2O（l）△H=-44.0kJ/mol
由盖斯定律，①-②+③×4得：
2CH3OH（l）+2O2（g）═2CO（g）+4H2O（l），故△H=-1275.6kJ∕mol-（-566.0kJ/mol）+（-44.0kJ/mol）×4=-885.6 kJ∕mol，
所以其热化学反应方程式为：CH3OH（l）+O2（g）═CO（g）+2H2O（l）△H=-442.8 kJ∕mol，
故答案为：CH3OH（1）+O2（g）=CO（g）+2H2O（1）△H=-442.8kJ?mol-1；
（2）①根据一定条件下CH4的平衡转化率与温度、压强的关系图知道，温度不变，则增大压强，平衡CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）逆向移动，甲烷的转化率减小，所以Pl＜P2，压强不变升高温度，甲烷的转化率会增大，平衡正向进行，所以反应是吸热反应，温度越高，K越大，A、B、C三点处对应的温度是逐渐升高的，所以平衡常数（KA、KB、KC）的大小顺序为KC＞KB＞KA，
故答案为：＜； KC＞KB＞KA；
②a．容器内气体密度=
，质量是守恒的，V是不变的，所以密度始终不变，当密度不变时，不一定平衡，故错误；
b．单位时间内消耗0.1mol CH4同时生成0.3molH2，只能说明正反应速率，不能证明正逆反应速率相等，不一定平衡，故错误；
c．反应是前后系数和变化的反应，当容器的压强恒定，则达到了平衡，故正确；
d．3v正（CH4）=v逆（H2），能体现v（正）=v（逆），故正确．
故选cd．
CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）
初始浓度：0.01 0.02 0 0
变化浓度：0.005 0.005 0.005 0.015
平衡浓度：0.005 0.015 0.005 0.015
所以平衡常数K=
=2.25×10-4（mol/L）2，
故答案为：cd；2.25×10-4（mol/L）2；
（3）在CO（g）、O2（g）、KOH（aq）设计成的燃料电池装置中，CO发生氧化反应，在负极失去电子，碱性条件下生成碳酸根与水，负极电极反应式为：CO-2e-+4OH-=CO32-+2H2O，用该原电池做电源，常温下，用惰性电极电解200mL饱和食盐水（足量），当消耗的标准状况下的CO224mL极0.01mol时，转移电子是0.02mol，根据电解氯化钠的反应方程式：2NaCl+2H2O
2NaOH+Cl2↑+H2↑，当转移电子是0.02mol时，生成氢氧化钠的物质的量是0.02mol，所以氢氧化钠浓度是
=0.1mol/L，即pH=13，故答案为：CO-2e-+4OH-=CO32-+2H2O；13．
（4）原电池具有能量利用率高的特点，氢氧燃料电池的产物是水，无污染，环保，故答案为：能量利用率高；无污染，环保．
②2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H=-566.0kJ/mol
③H2O（g）═H2O（l）△H=-44.0kJ/mol
由盖斯定律，①-②+③×4得：
2CH3OH（l）+2O2（g）═2CO（g）+4H2O（l），故△H=-1275.6kJ∕mol-（-566.0kJ/mol）+（-44.0kJ/mol）×4=-885.6 kJ∕mol，
所以其热化学反应方程式为：CH3OH（l）+O2（g）═CO（g）+2H2O（l）△H=-442.8 kJ∕mol，
故答案为：CH3OH（1）+O2（g）=CO（g）+2H2O（1）△H=-442.8kJ?mol-1；
（2）①根据一定条件下CH4的平衡转化率与温度、压强的关系图知道，温度不变，则增大压强，平衡CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）逆向移动，甲烷的转化率减小，所以Pl＜P2，压强不变升高温度，甲烷的转化率会增大，平衡正向进行，所以反应是吸热反应，温度越高，K越大，A、B、C三点处对应的温度是逐渐升高的，所以平衡常数（KA、KB、KC）的大小顺序为KC＞KB＞KA，
故答案为：＜； KC＞KB＞KA；
②a．容器内气体密度=
| m |
| V |
b．单位时间内消耗0.1mol CH4同时生成0.3molH2，只能说明正反应速率，不能证明正逆反应速率相等，不一定平衡，故错误；
c．反应是前后系数和变化的反应，当容器的压强恒定，则达到了平衡，故正确；
d．3v正（CH4）=v逆（H2），能体现v（正）=v（逆），故正确．
故选cd．
CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）
初始浓度：0.01 0.02 0 0
变化浓度：0.005 0.005 0.005 0.015
平衡浓度：0.005 0.015 0.005 0.015
所以平衡常数K=
| 0.0153×0.005 |
| 0.005×0.015 |
故答案为：cd；2.25×10-4（mol/L）2；
（3）在CO（g）、O2（g）、KOH（aq）设计成的燃料电池装置中，CO发生氧化反应，在负极失去电子，碱性条件下生成碳酸根与水，负极电极反应式为：CO-2e-+4OH-=CO32-+2H2O，用该原电池做电源，常温下，用惰性电极电解200mL饱和食盐水（足量），当消耗的标准状况下的CO224mL极0.01mol时，转移电子是0.02mol，根据电解氯化钠的反应方程式：2NaCl+2H2O
| ||
| 0.02mol |
| 0.2L |
（4）原电池具有能量利用率高的特点，氢氧燃料电池的产物是水，无污染，环保，故答案为：能量利用率高；无污染，环保．
点评：本题比较综合，难度中等，涉及热化学方程式、化学平衡图象及影响因素、平衡常数、平衡状态判断、原电池等，注意知识的归纳和整理是关键，难度不大．
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