Question

【題目】甲醇是一種重要的可再生能源．
（1）已知：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）反應：CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）的平衡常數K的表達式為； 圖1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）的變化曲線如圖2所示． ①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
②比較A、B兩點壓強大小：P（A）P（B）（填“＞”、“＜”或“=”）．
③比較KA、KB、KC的大小：
（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： ．

Answer 1

【答案】
（1）2CH4（g）+O2（g）=2CH3OH（g）△H=（a+2b） kJ/mol
（2）K= ?；0.15mol/（L．min）
（3）BD；＜；KA=KB＞KC
（4）CH3OH﹣6e﹣+8OH﹣=CO32﹣+6H2O
【解析】解：（1）①2CH4（g）+O2（g）=2CO（g）+4H2（g）△H=a kJ/mol②CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）△H=b kJ/mol根據蓋斯定律，由①+②×2得：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）化學平衡常數為生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積，反應物的生成物都是氣體，故平衡常數表達式為K= ；
υ（CH3OH）= = =0.075mol/（L．min），故υ（H2）=2υ（CH3OH）=0.15mol/（L．min），
所以答案是：K= ；0.15mol/（L．min）；（3）A．H2的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍，都是指正反應方向，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．體系中H2的轉化率和CO的轉化率相等，不能說明正逆反應速率相等，不一定平衡，故C錯誤；
D．混合氣體的平均相對分子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相對分子質量不再改變，證明達到了平衡，故D正確；
故選BD；②正反應方向為氣體體積減小的方向，T1℃時比較CO的轉化率，轉化率越大，則壓強越大，圖象中PB轉化率大于PA ， 可知PA＜PB ， 所以答案是：＜；③平衡常數只與溫度有關，A、B兩點溫度相同，平衡常數相同，則KA=KB；由圖可知，B、C兩點壓強相同，平衡時B點CO轉化率更高，又溫度T1＜T2 ， 則降低溫度平衡向正反應方向移動，K值增大，則KB＞KC ， 所以答案是：KA=KB＞KC；（4）燃料電池負極的電極反應是燃料失電子發生氧化反應，在堿性環境下，二氧化碳轉化為碳酸根離子，所以負極反應為：CH3OH﹣6e﹣+8OH﹣=CO32﹣+6H2O，所以答案是：CH3OH﹣6e﹣+8OH﹣=CO32﹣+6H2O．
【考點精析】關于本題考查的化學平衡狀態的判斷和化學平衡的計算，需要了解狀態判斷：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；反應物轉化率=轉化濃度÷起始濃度×100%=轉化物質的量÷起始物質的量×100%；產品的產率=實際生成產物的物質的量÷理論上可得到產物的物質的量×100%才能得出正確答案．