Question

工业上常用天然气作为制备CH₃OH的原料．已知：
①CH₄（g）+O₂（g）?CO（g）+H₂（g）+H₂O（g）△H=-321.5kJ/mol
②CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+250.3kJ/mol
③CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.0kJ/mol
（1）CH₄（g）与O₂（g）反应生成CH₃OH（g）的热化学方程式为

2CH₄（g）+O₂（g）=2CH₃OH（g）△H=-251.2KJ/mol

．
（2）向VL恒容密闭容器中充入a mol CO与2a mol H₂，在不同压强下合成甲醇．CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图1所示：

①压强P₁

＜

P₂（填“＜”、“＞”或“=”）
②在100℃、P₁压强时，平衡常数为

2×

V2

a2

（用含a、V的代数式表示）．
（3）如图2所示是甲醇燃料电池（电解质溶液为稀硫酸）结构示意图，Pt（a）电极通入的M为

甲醇

，电极反应式是

CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺

．若用该电池电解CuSO₄溶液，当得到3.2g铜时，参加反应的气体N的体积应为

2.24

L（标准状况）．

Answer 1

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到；
（2）①依据反应是气体体积减小的反应，铜温度下增大压强平衡正向进行；
②100°C时一氧化碳的转化率为50%，结合平衡三段式列式计算平衡浓度结合平衡常数概念计算得到；
（3）甲醇燃料电池中电解质溶液为稀硫酸，燃料甲醇在负极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；依据电子守恒分析计算N气体的体积；

解答：解：（1）①CH₄（g）+O₂（g）?CO（g）+H₂（g）+H₂O（g）△H=-321.5kJ/mol
②CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+250.3kJ/mol
③CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.0kJ/mol
依据盖斯定律
①+②-2×③得到：2CH₄（g）+O₂（g）=2CH₃OH（g）△H=-251.2KJ/mol
故答案为：2CH₄（g）+O₂（g）=2CH₃OH（g）△H=-251.2KJ/mol
（2）①图象分析可知相同温度下P₂压强下一氧化碳转化率大于P₁压强下一氧化碳转化率，反应是气体体积减小的反应，压强增大平衡正向进行，所以P₁＜P₂；
故答案为：＜；
②向VL恒容密闭容器中充入a mol CO与2a mol H₂，100°C时一氧化碳的转化率为50%，依据平衡三段式列式计算
                CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L） 

a

V

      

2a

V

         0 
变化量（mol/L）

0.5a

V

    

a

V

         

a

V

平衡量（mol/L）

0.5a

V

   

a

V

          

a

V

平衡常数K=

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

=

a V

0.5a V ×( a V )2

=2×

V2

a2

故答案为：2×

V2

a2

；
（3）甲醇燃料电池中电解质溶液为稀硫酸，燃料甲醇在负极失电子发生氧化反应，电极反应为CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，正极上是氧气得到电子发生还原反应，电极反应为O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；用该电池电解CuSO₄溶液，当得到3.2g铜物质的量为0.05mol时，电极反应为Cu²⁺+2e^-=Cu，依据电子守恒可知，O₂～2Cu，参加反应的气体N为氧气的物质的量为0.1mol，标准状况下的体积应为2.24L；
故答案为：甲醇：2.24；

点评：本题考查了热化学方程式和盖斯定律的计算应用，化学平衡影响因素的分析判断，平衡移动原理分析应用，原电池电极反应和电解池原理的理解应用，题目难度中等．