Question

工业上可用甲烷和氧气按9：1的体积比混合，在200℃和10MPa的条件下，通过铜制管道反应制得甲醇：2CH₄+O₂=2CH₃COH。

（1）已知一定条件下，CH₄和CH₃COH燃烧的热化学方程式分别为：

CH₄(g)+SO₂(g)=CO₂(g)+2H₂(g)   △H=-802kJ/lmol

CH₃OH(g)+l.5O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(g)  △H=-677kJ/mol

则2CH₄(g)+O₂(g)=2CH₃OH(g)  △H=__________。

（2）甲烷固体氧化物燃料电池属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。其工作原理如下图所示。a是电池的____极（填“正”或“负”) ，b极的电极反应式为__________。

（3）工业上合成甲醇的另一种方法为：CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)  △H＝-90kJ/mol，T℃时，将2mol CO 和4molH₂充入1L 的密闭容器中，测得H₂的物质的量随时间变化如下图实线所示。

① 能用于判断反应已达化学平衡状态的是____________。

A．气体的总压强不再改变

B. H₂与CH₃OH的体积比不再改变

C．气体的密度不再改变

D．单位时间内消耗1mol CO,同时生成1mol CH₃OH

② 请计算出T℃ 时反应的平衡常数K=_________________。

③ 仅改变某一实验条件再进行两次实验测得H₂的物质的量随时间变化如图中虚线所示。曲线Ⅰ对应的实验条件改变是：________；曲线Ⅱ对应的实验条件改变是_________。

④ a、b、c三点逆反应速率由大到小排列的顺序是__________。

Answer

-250KJ/mol 正 CH4+4O2-8e-=CO2+2H2O AB 3(mol/L)2 升高温度 增大压强（或增大CO的浓度） b>c>a

【解析】

试题（1）根据盖斯定律计算反应热；（2）根据 移动方向，可知a是正极，b是负极；（3）根据平衡状态的直接判据和间接判据判断平衡状态；利用三段式计算平衡常数；曲线Ⅰ反应速率加快、氢气的物质的量增大；曲线Ⅱ反应速率加快、氢气的物质的量减小；

解析：（1）

CH4(g)+SO2(g)=CO2(g)+2H2(g) △H=-802KJ/lmol

②CH3COH(g)+l.5O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H=-677kJ/mol

根据盖斯定律，2×①－2×②得2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g) △H= -250KJ/mol；（2）根据 移动方向，可知a是正极，b是负极，负极甲烷失电子生成二氧化碳和水，负极反应式为CH4+4O2--8e-=CO2+2H2O；

（3）①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) 反应，气体系数和不同；

A．气体物质的量是变量，所以气体的总压强不再改变，一定平衡；

B. 氢气是反应物、甲醇是生成物，H2与CH3OH的体积比不再改变，一定平衡；

C．根据 ，气体质量不变、容器体积不变，所以密度是常量，气体的密度不再改变，不一定平衡；

D．消耗CO,生成CH3OH都是正反应方向，故D不一定平衡；

② 根据图像可知

3；

曲线Ⅰ反应速率加快、氢气的物质的量增大，说明平衡逆向移动，所以改变条件是升高温度；曲线Ⅱ反应速率加快、氢气的物质的量减小，说明平衡正向移动，所以改变条件是增大压强；④b点温度高于c点，所以平衡时逆反应速率b>c，a点、c点温度相同，但c点甲醇浓度大于a，所以逆反应速率c>a，a、b、c三点逆反应速率由大到小排列的顺序是b>c>a。