Question

【題目】甲醇是一種重要的可再生能源．

(1)利用二氧化碳合成甲醇來替代汽油。

已知：2CH3OH(l) +3O2(g)＝4H2O(l)+2CO2(g) △H＝—1453.0 kJ／mol，2H2(g) + O2(g)＝2H2O(l) △H＝—571.6 kJ／mol

計算CO2(g)+3H2(g) ＝CH3OH(l)+ H2O(l)的反應熱△H＝___________ kJ／mol。

(2)下圖是反應CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)中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)在一恒容的密閉容器中充入1mol CO和2mol H2，發(fā)生反應CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H并達到平衡，CO的平衡轉化率隨溫度(T)、壓強(P)的變化曲線如圖所示．

①能判斷該反應達到化學平衡狀態(tài)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(shù)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比較平衡常數(shù)KA、KB、KC的大�。�____________

(4)在容積均為V L的甲、乙、丙三個密閉容器中分別充入amol CO和2a mol H2，三個容器的反應溫度分別為T1、T2、T3且恒定不變，在其他條件相同的情況下，實驗測得反應均進行到t min時CO的體積分數(shù)如圖所示，此時三個容器中一定處在化學平衡狀態(tài)的是________(填“T1”或“T2” 或“T3”)；

(5)電化學在我們的生產(chǎn)生活中占有越來越重要的地位。

①燃料電池是一種綠色環(huán)保、高效的化學電源。圖為甲醇燃料電池，則負極反應式為_____________。

②用甲醇燃料電池電解300mL飽和食鹽水(惰性電極)，則電解的離子方程式為____________________，電解一段時間后，當溶液的pH值為13時，消耗O2的質量為_______g。(忽略溶液體積變化)

Answer 1

【答案】-130.9 0.15mol/(L·min) BD KA=KB>KC T3 CH3OH – 6e-+ 8OH- = CO32- + 6H2O 2Cl-+2H2O2OH-+Cl2↑+H2↑ 0.24

【解析】

（1）根據(jù)蓋斯定律，由已知方程式構建目標方程式可得到CO2與H2反應生成CH3OH的熱化學反應方程式；

（2）根據(jù)化學反應速率是υ（H2）=2υ（CH3OH）計算；

（3）①平衡標志是正逆反應速率相同，各成分濃度保持不變分析判斷選項；

②平衡常數(shù)只與溫度有關，A、B兩點溫度相同，平衡常數(shù)相同，由圖可知，溫度T1＜T2，平衡時B點CO轉化率更高，則降低溫度平衡向正反應方向移動，K值增大；

（4）根據(jù)題中所給的圖像進行分析；

（5）①分析元素化合價的變化可確定通入CH3OH的一極為負極，據(jù)此寫出電極方程式；

②分析兩個反應中的電子轉移數(shù)目，結合甲醇燃料電池與電解池電子得失守恒找出關系式解答。

（1）已知：2CH3OH(l) +3O2(g)＝4H2O(l)+2CO2(g) △H＝-1453.0kJ/mol，2H2(g) + O2(g)＝2H2O(l) △H＝-571.6kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律，由②×3/2-①×1/2得：CO2(g)+3H2(g) ＝CH3OH(l)+ H2O(l) △H=(-571.6 kJ/mol )×3/2-(-1453.0kJ/mol) ×1/2=-130.9kJ/mol，故答案為：-130.9。

（2）υ（CH3OH）=△c/△t=0.75mol/L÷10min =0.075mol/（L·min），故υ（H2）=2υ（CH3OH）=0.15mol/（L·min），故答案為：0.15mol/（L·min）。

（3）①A.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(shù)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。

故答案為：BD。

②平衡常數(shù)只與溫度有關，A、B兩點溫度相同，平衡常數(shù)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，故答案為：KA=KB＞KC。

（4）已知CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H＜0，該反應正反應為放熱反應，根據(jù)圖中T1、T2、T3的圖像，CO百分含量由小到大依次為：T3＞T1＞T2，T1中的狀態(tài)轉變?yōu)?/span>T2中的狀態(tài)，CO的百分含量減小，說明平衡正向移動，說明T1為達到平衡狀態(tài)，T2中的狀態(tài)轉變?yōu)?/span>T3中的狀態(tài)，CO的百分含量增大，說明平衡逆向移動，說明T2可能達到平衡狀態(tài)，一定達到平衡狀態(tài)的是T3，故答案為：T3。

（5）①圖示為甲醇燃料電池，電解質為KOH溶液，CH3OH中碳元素的化合價由-2價升高到CO32-中的+4價，失去電子，所以通入CH3OH的一極是負極，負極反應式為：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，故答案為：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O。

②電解飽和食鹽水是生成氫氧化鈉、氫氣和氯氣，其離子方程式為：2Cl-+2H2O2OH-+Cl2↑+H2↑，電解一段時間后，溶液的pH值為13，則溶液中的c(H+)=10-13mol/L，則電解生成的NaOH的物質的量濃度c(NaOH)=c(OH-)=Kw/c(H+)=10-14/10-13/span>=0.1mol/L，即生成NaOH的物質的量為0.1mol/L×0.3L=0.03mol，根據(jù)甲醇燃料電池與電解池電子得失守恒有：CH3OH～3/2O2～6e-～6NaOH，則消耗氧氣的質量m(O2)=1/4n(NaOH)×M(O2)=1/4×0.03mol×32g/mol=0.24g，故答案為：0.24。