Question

（14分）甲醇是一种重要的可再生能源。

（1）已知2CH₄(g)+O₂(g)=2CO(g)+4H₂(g)     ΔH =a KJ/mol

CO(g)+2H₂(g)=CH₃OH(g)      ΔH =b KJ/mol

试写出由CH₄和O₂制取甲醇的热化学方程式：                           。

（2）还可以通过下列反应制备甲醇：CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)。

甲图是反应时CO和CH₃OH(g)的浓度随时间的变化情况。从反应开始到达平衡，用H₂表示平均反应速率υ(H₂)=                   _{_}。

（3）在一容积可变的密闭容器中充入10 mol CO和20 mol H₂，CO的平衡转化率随温度（T压强（P）的变化如乙图所示。

①下列说法能判断该反应达到化学平衡状态的是_______。（填字母）

A．H₂的消耗速率等于CH₃OH的生成速率的2倍

B．H₂的体积分数不再改变

C．体系中H₂的转化率和CO的转化率相等

D．体系中气体的平均摩尔质量不再改变

②比较A、B两点压强大小P_A________P_B（填“＞、＜、=”）。

③若达到化学平衡状态A时，容器的体积为20 L。如果反应开始时仍充入10 molCO和20 molH₂，则在平衡状态B时容器的体积V(B)=         L。

（4）以甲醇为燃料，氧气为氧化剂，KOH溶液为电解质溶液，可制成燃料电池（电极材料为惰性电极）。

①若KOH溶液足量，则写出电池总反应的离子方程式：___________________。

②若电解质溶液中KOH的物质的量为0.8 mol，当有0.5 mol甲醇参与反应时，电解质溶液中各种离子的物质的量浓度由大到小的顺序是               。

Answer

(1) 2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g) ΔH=(a+2b)kJ/mol (2分) (2) 0.15mol/(L·min) (2分)

(3) ①BD (2分) ② ＜(2分) ③ 14L (2分) (4) ① 2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O(2分)

②C(K+)>C(CO3­2-)>C(HCO3-)>C(OH-)>C(H+)(2分)

【解析】

试题分析：(1) 将给出的反应分别标为：①、②，根据盖斯定律，把①+②×2可得CH4和O2制取甲醇的热化学方程式：2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g) ΔH=(a+2b)kJ/mol。(2) 从图可以看出CO的浓度减小了0.75mol/L，根据反应的化学计量数，H2的浓度改变了1.5mol/L，反应达到平衡的时间为10min，则υ(H2)= 1.5mol/L÷10min=0.15mol/(L·min)。(3) ①化学反应速率之比等于化学计量数之比，不管在任何时候，H2的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍，A错；H2的体积分数不再改变说明体系中各物质的浓度不再改变，反应达到了平衡，B对；H2的转化率和CO的转化率相等不能说明物质的浓度不再改变和同种物质的正逆反应速率相等，C错；反应是气体物质的量改变的反应，如果反应没有达到平衡，气体的物质的量会发生改变，平均摩尔质量也会改变，现平均摩尔质量不再改变，说明气体的生成和消耗速率相等，反应到达了平衡，D对。②从图可以看出B的CO的转化率较大，根据反应的特点，压强增大平衡向正向移动，现B点的转化率较大，说明B点的压强大，故PA ＜PB 。③A点是CO的转化率为0.5，10 mol CO和20 mol H2反应后气体总物质的量为20mol，在B点CO的转化率为0.8，10 mol CO和20 mol H2反应后气体的总物质的量为14mol，设B点的体积为VL。则20mol︰14 mol=20L︰V，V=14L。（4）由于是在碱性电解质溶液中，产生的CO2还要与碱反应，反应的方程式为：2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O。②根据KOH和CO2的物质的量可知生成的CO2发生反应：CO2+2OH—═CO32—，CO32—+ CO2+H2O═HCO3—,0.8mol的KOH反应完时消耗0.4mol的CO2，生成0.4mol的CO32—，剩余的0.1mol的CO2与CO32—反应生成0.1mol的HCO3—，故溶液中有0.3mol的K2CO3、0.1mol的KHCO3，故离子浓度大小顺序为：C(K+)>C(CO3­2-)>C(HCO3-)>C(OH-)>C(H+)

考点：盖斯定律的运用、化学反应速率的计算、化学平衡的判断、电极反应的书写、盐类水解和离子浓度大小的比较。