Question

【題目】甲醇是一種重要的可再生能源．
（1）2CH4（g）+O2（g）=2CO（g）+4H2（g）△H=a kJ/mol
CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）△H=b kJ/mol
寫出由CH4和O2制取CH3OH（g）的熱化學方程式： ．
（2）甲圖是反應時CO和CH3OH（g）的物質的量濃度隨時間（t）的變化曲線．從反應開始至達到平衡時，用H2表示的反應速率v（H2）= ．

（3）在一容積可變的密閉容器中充入10mol CO和20mol H2 ， 發生上述反應并達到平衡，CO的平衡轉化率隨溫度（T）、壓強（P）的變化曲線如乙圖所示．
能判斷該反應達到化學平衡狀態的是（填選項字母）．
A.H2的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍
B.H2的體積分數不再改變
C.H2的轉化率和CO的轉化率相等
D.混合氣體的平均相對分子質量不再改變
（4）以甲醇為燃料，O2為氧化劑，KOH溶液為電解質溶液，可制成燃料電池（電極材料為惰性電極）．若KOH溶液足量，寫出燃料電池負極的電極反應式：
（5）如圖所示，以甲醇燃料電池作為電源實現下列電解過程．乙池中發生反應的離子方程式為 ． 當甲池中增重16g時，丙池中理論上產生沉淀質量的最大值為g．

Answer 1

【答案】
（1）2CH4（g）+O2（g）=2CH3OH（g）△H=（a+2b）kJ/mol
（2）0.15mol/（L?min）
（3）BD
（4）CH3OH﹣6e﹣+8OH﹣=CO32﹣+6H2O
（5）2Cu2++2H2O 2Cu+O2+4H+；34.8
【解析】解：（1）已知①2CH4（g）+O2（g）=2CO（g）+4H2（g）△H=a KJ/mol②CO（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，
所以答案是：2CH4（g）+O2（g）=2CH3OH（g）△H=（a+2b） kJ/mol；（2）用甲醇表示的反應速率v= =0.075mol/（Lmin），氫氣表示的反應速率是甲醇的2倍，即0.15mol/（Lmin），
所以答案是：0.15 mol/（Lmin）；（3）A．H2的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍，不能說明正逆反應速率相等，不一定平衡，故A錯誤；
B．H2的體積分數不再改變是化學平衡的特征，達到了平衡，故B正確；
C．反應的方程式為CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g），充入10mol CO和20mol H2 ， 消耗的反應物的物質的量為1：2，則無論是否達到平衡狀態，H2的轉化率和CO的轉化率都相等，故C錯誤；
D．體系中氣體的平均摩爾質量等于質量和物質的量的比值，物質的量變化，質量不變，所以當體系中氣體的平均摩爾質量不再改變，證明達到了平衡，故D正確．
所以答案是：BD；（4）堿性條件下，甲醇在負極被氧化生成碳酸根離子，電極方程式為CH3OH﹣6e﹣+8OH﹣=CO32﹣+6H2O，所以答案是：CH3OH﹣6e﹣+8OH﹣=CO32﹣+6H2O；（5）圖2中甲池為原電池，通入甲醇的電極為負極，銅氧氣的電極為正極，則乙池中石墨為陽極，銀為陰極，溶液中銅離子在銀電極析出，Cu2++2e﹣=Cu，陽極上是氫氧根離子放電生成氧氣，所以電極反應為：4OH﹣﹣4e﹣=2H2O+O2↑，電池反應的離子方程式為：2Cu2++2H2O 2Cu+O2+4H+ ， 丙中與銀連接的Pt電極為陽極，另一個電極為陰極，電極反應為陽極：2Cl﹣﹣2e﹣=Cl2↑，陰極為2H++2e﹣=H2↑，MgCl2+2H2O Mg（OH）2↓+H2↑+Cl2↑，甲池中發生的反應為：2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O，溶液中甲醇和氧氣反應后導致溶液質量增大，每反應2mol甲醇和3mol氧氣反應溶液質量增加=2mol×32g/mol+3mol×32g/mol=160g，電子轉移為12mol，當甲池中增重16g時，電子轉移1.2mol，電子守恒得到丙池中理論上產生沉淀為氫氧化鎂，依據化學方程式，生成1mol氫氧化鎂，電子轉移2mol電子，則電子轉移1.2mol，生成沉淀氫氧化鎂0.6mol，計算得到物質的量為質量=0.6mol×58g/mol=34.8g，
所以答案是：2Cu2++2H2O 2Cu+O2+4H+；34.8．
【考點精析】解答此題的關鍵在于理解化學平衡狀態的判斷的相關知識，掌握狀態判斷：①v(B耗)=v(B生)②v(C耗):v(D生)=x : y③c(C)、C%、n(C)%等不變④若A、B、C、D為氣體，且m+n≠x+y，壓強恒定⑤體系顏色不變⑥單位時間內某物質內化學鍵的斷裂量等于形成量⑦體系平均式量恒定（m+n ≠ x+y）等．