Question

【題目】CH4、CH3OH既是重要的化工原料,又是未來重要的能源物質。

(1)將1.0 mol CH4和2.0 mol H2O(g) 通入容積為2L的反應室，在一定條件下發生反應CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)，測得在5 min時達到平衡，CH4的平衡轉化率為40%。則0～5 min內，用H2O表示該反應的平均反應速率為_________。

(2)一定條件下,將1.0 mol CH4與2.0 mol H2O(g)充入密閉容器中發生反應CH4(g)+H2O(g) CH3OH(g)+H2(g)，下列措施可以提高化學反應速率的是___________(填選項序號)。

a．恒容條件下充入He b．增大體積

c．升高溫度 d．投入更多的H2O(g)

(3)在恒容條件下進行反應CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),則下列實驗事實可以作為判斷該反應達到平衡狀態標志的是___________(填選項序號)。

a．消耗1 mol CO2同時生成1 mol CH3OH b．容器內壓強保持不變

c．混合氣體的密度保持不變 d．CH3OH(g)的濃度保持不變

(4)以KOH為電解質的甲醇－空氣燃料電池是一種高效、輕污染的車載電池，其工作原理如圖。 回答下列問題：

①該原電池的正極是____（填“甲”或“乙”），電解過程中乙電極附近pH____（填“增大”或“減小”）；

②負極的電極反應式________________________________。

Answer 1

【答案】 0.04mol/(L min) cd bd 乙 增大 CH3OH＋8OH－－6e－CO32－＋6H2O

【解析】分析: (1)根據v=計算 v(CH4)，根據速率之比等于化學計量數之比換算v(H2O)。

(2) 升高溫度、增大反應物濃度、使用催化劑等能加快反應速率；

(3) 正反應速率等于逆反應速率，混合物中各組分濃度保持不變則達到平衡狀態，以此分析；

(4)甲醇燃料電池中，負極上燃料甲醇失電子發生氧化反應，正極上氧化劑得電子發生還原反應，據此判斷電極名稱并書寫電極反應式，根據電極反應分析電極附近溶液pH變化。

(1)0~5 min內，v(H2O)=v(CH4)==0.04 mol/(L·min)。

故答案為：0.04mol/(L min)；

(2) a．恒容條件下加He，體系壓強增大但反應物濃度不變，化學反應速率不變；b．增大體積，反應物濃度減小，化學反應速率減小；c．升高溫度能加快反應速率；d．投入更多的H2O(g)，增大反應物濃度，反應速率加快；

故答案為：cd；

(3) a項，均表示正反應，故a錯誤；b項，該反應是反應前后氣體分子數發生變化的反應，容器內壓強保持不變，說明各物質濃度保持不變，說明已達平衡，故b正確；c項，因為反應物、生成物全是氣體，且為恒容容器，混合氣體的密度始終不變，故c錯誤；d．當CH3OH(g)的濃度保持不變時，說明反應達到了平衡狀態，正確，

故答案為：bd；

(4) ①氧氣在乙電極發生還原反應，故乙電極是正極，該原電池的正極是乙；正極為氧氣得電子生成氫氧根離子，所以電解過程中乙電極附近pH增大；

故答案為：乙 ；增大；
②可燃物甲醇在負極失去電子消耗OH-生成CO32-，所以負極電極反應式為：CH3OH＋8OH－－6e－CO32－＋6H2O

因此，本題正確答案是：CH3OH＋8OH－－6e－CO32－＋6H2O。