题目内容
为解决能源短缺及环境污染，许多国家研究用甲醇（有毒、对许多金属有腐蚀性）替代汽油做汽车燃料．汽油与甲醇燃烧的热化学方程式如下：
2C8H18（l）+25O2（g）=16CO2（g）+18H2O（l）；△H=-a kJ?mol-1
2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（l）；△H=-b kJ?mol-1
根据要求，回答下列问题：
（1）工业合成甲醇的一种途径中，各物质间的转化关系如图1．已知M是含有10个电子的分子，X为单质、Y为化合物，均是还原性的气体．反应（I）的化学方程式为 ．
（2）将2.0mol M和2.0mol H2O（g）通入100L的密闭容器中，在一定条件下发生反应（I），测得在一定的压强下M的转化率与温度的关系如图2．
①假设T1℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H2O（g）表示该反应的平均反应速率为 mol?L-1?min-1．
②T1℃时反应（I）的平衡常数为 ．
③反应（I）的△H 0（填“＞”或“＜”）．
（3）汽车汽油机工作时，先吸入雾状燃料（可看作气体）与空气的混合气，经压缩点燃后，产生动力驱动汽车运行．若用甲醇替代汽油做汽车燃料，需改造汽油机．
①改造之一是调整汽油机控制系统，以调整混合气中燃料与空气之配比．若改造前吸入汽油机的混合气中汽油（雾状）与空气体积比为m，改造后吸入汽油机的混合气中甲醇（雾状）与空气体积比为n．则n m（填“＜”、“＞”或“=”）．
②请根据甲醇和汽油的性质差异，预测汽油机还需改造的一个问题，并作出解释：
需要解决的问题： ；解释： ．
（4）若使用汽油、甲醇作汽车燃料时效率相同．试估算：汽油机工作时，相同质量的汽油与甲醇所提供给汽车的能量之比为 ．
2C8H18（l）+25O2（g）=16CO2（g）+18H2O（l）；△H=-a kJ?mol-1
2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（l）；△H=-b kJ?mol-1
根据要求，回答下列问题：
（1）工业合成甲醇的一种途径中，各物质间的转化关系如图1．已知M是含有10个电子的分子，X为单质、Y为化合物，均是还原性的气体．反应（I）的化学方程式为
（2）将2.0mol M和2.0mol H2O（g）通入100L的密闭容器中，在一定条件下发生反应（I），测得在一定的压强下M的转化率与温度的关系如图2．
①假设T1℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H2O（g）表示该反应的平均反应速率为
②T1℃时反应（I）的平衡常数为
③反应（I）的△H
（3）汽车汽油机工作时，先吸入雾状燃料（可看作气体）与空气的混合气，经压缩点燃后，产生动力驱动汽车运行．若用甲醇替代汽油做汽车燃料，需改造汽油机．
①改造之一是调整汽油机控制系统，以调整混合气中燃料与空气之配比．若改造前吸入汽油机的混合气中汽油（雾状）与空气体积比为m，改造后吸入汽油机的混合气中甲醇（雾状）与空气体积比为n．则n
②请根据甲醇和汽油的性质差异，预测汽油机还需改造的一个问题，并作出解释：
需要解决的问题：
（4）若使用汽油、甲醇作汽车燃料时效率相同．试估算：汽油机工作时，相同质量的汽油与甲醇所提供给汽车的能量之比为
分析：（1）根据转化关系图和元素守恒可知M含有碳元素，已知M是含有10个电子的分子，X为单质、Y为化合物，均是还原性的气体，则M为CH4，X为H2，Y为CO；
（2）①利用三段式求出转化的H2O的物质的量，再求出其反应速率；
②先求出平衡时各物质的浓度，再求出平衡常数；
③根据图象可知温度越高，甲烷的转化率越大，依此判断；
（3）①根据燃烧方程可知，等物质的量的汽油和甲醇完全燃烧，汽油消耗的氧气多；
②根据物理性质可知，汽油和甲醇的沸点不同，所以要调整雾化系统；
（4）先求出相同质量的汽油和甲醇完全燃烧放出的能量，再求出比值．
（2）①利用三段式求出转化的H2O的物质的量，再求出其反应速率；
②先求出平衡时各物质的浓度，再求出平衡常数；
③根据图象可知温度越高，甲烷的转化率越大，依此判断；
（3）①根据燃烧方程可知，等物质的量的汽油和甲醇完全燃烧，汽油消耗的氧气多；
②根据物理性质可知，汽油和甲醇的沸点不同，所以要调整雾化系统；
（4）先求出相同质量的汽油和甲醇完全燃烧放出的能量，再求出比值．
解答：解：（1）根据转化关系图和元素守恒可知M含有碳元素，已知M是含有10个电子的分子，所以M为CH4，X为单质、Y为化合物，均是还原性的气体，则X为H2，Y为CO，所以反应的化学方程式为：CH4+H2O
CO+3H2；
故答案为：CH4+H2O
CO+3H2；
（2）①设参加反应的甲烷的物质的量为xmol，
CH4 +H2O
CO+3H2
起始量（mol）：2 2 0 0
转化量（mol）：x x x 3x
平衡量（mol）：2-x 2-x x 3x
已知平衡时CH4的转化率为50%，则
×100%=50%，所以x=1，△c（H2O）=
=0.01mol/L，v（H2O）=
=
=2.0×10-3mol?L-1?min-1；
故答案为：2.0×10-3；
②平衡时各物质的浓度分别为：c（CH4）=
=0.01mol/L，c（H2O）=
=0.01mol/L，c（CO）=
=0.01mol/L，c（H2）=
=0.03mol/L，
所以平衡常数为：K=
=
=2.7×10-3；
故答案为：2.7×10-3；
③根据图象可知温度越高，甲烷的转化率越大，说明升高温度平衡向正方向移动，所以正方向为吸热反应，即△H＞0；
故答案为：＞；
（3）①根据燃烧方程可知，等物质的量的汽油完全燃烧与甲醇完全燃烧相比较，汽油消耗的氧气多，所以改造前吸入汽油机的混合气中汽油（雾状）与空气体积比小于改造后吸入汽油机的混合气中甲醇（雾状）与空气体积比，即m＜n，则n＞m；
故答案为：＞；
②根据物理性质可知，汽油和甲醇的沸点不同，所以要调整雾化系统，故答案为：调整汽油机雾化系统；因为汽油和甲醇的沸点不同；
（4）汽油和甲醇的质量各为1g，则汽油的物质的量为
mol，其完全燃烧放出热量为
×
=
KJ，甲醇的物质的量为
mol，其完全燃烧放出热量为
×
=
，所以相同质量的汽油与甲醇所提供给汽车的能量之比为
=
；
故答案为：
．
| 一定条件下 |
故答案为：CH4+H2O
| 一定条件下 |
（2）①设参加反应的甲烷的物质的量为xmol，
CH4 +H2O
| 一定条件下 |
起始量（mol）：2 2 0 0
转化量（mol）：x x x 3x
平衡量（mol）：2-x 2-x x 3x
已知平衡时CH4的转化率为50%，则
| x |
| 2 |
| 1mol |
| 100L |
| △c |
| t |
| 0.01mol/L |
| 5min |
故答案为：2.0×10-3；
②平衡时各物质的浓度分别为：c（CH4）=
| 1mol |
| 100L |
| 1mol |
| 100L |
| 1mol |
| 100L |
| 3mol |
| 100L |
所以平衡常数为：K=
| c(CO)?c3(H2) |
| c(CH4)?c(H2O) |
| 0.01×0.032 |
| 0.01×0.01 |
故答案为：2.7×10-3；
③根据图象可知温度越高，甲烷的转化率越大，说明升高温度平衡向正方向移动，所以正方向为吸热反应，即△H＞0；
故答案为：＞；
（3）①根据燃烧方程可知，等物质的量的汽油完全燃烧与甲醇完全燃烧相比较，汽油消耗的氧气多，所以改造前吸入汽油机的混合气中汽油（雾状）与空气体积比小于改造后吸入汽油机的混合气中甲醇（雾状）与空气体积比，即m＜n，则n＞m；
故答案为：＞；
②根据物理性质可知，汽油和甲醇的沸点不同，所以要调整雾化系统，故答案为：调整汽油机雾化系统；因为汽油和甲醇的沸点不同；
（4）汽油和甲醇的质量各为1g，则汽油的物质的量为
| 1 |
| 114 |
| a |
| 2 |
| 1 |
| 114 |
| a |
| 228 |
| 1 |
| 32 |
| b |
| 2 |
| 1 |
| 32 |
| b |
| 64 |
| ||
|
| 16a |
| 57b |
故答案为：
| 16a |
| 57b |
点评：本题考查了物质的推断、方程式的书写、化学平衡的有关计算、平衡常数、反应热的计算等，涉及的知识点较多，题目难度较大，侧重对基本知识的应用的考查，以及对学生综合能力的考查．
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