Question

【題目】合成氣的主要成分是一氧化碳和氫氣，可用于合成甲醇、二甲醚等清潔燃料。從天然氣獲得合成氣過程中可能發(fā)生的反應(yīng)有：

①CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) △H1＝＋206.1 kJ/mol

②CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) △H2＝＋247.3 kJ/mol

③CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) △H3

請回答下列問題：

(1)在一密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)①，測得CH4的物質(zhì)的量濃度隨反應(yīng)時間的變化如圖所示：

則反應(yīng)前5min的平均反應(yīng)速率v(H2)＝______。10min時，改變的外界條件可能是_______(填代號)。

A.壓縮體積 B.增大體積 C.升高溫度 D.加入催化劑

(2)如圖所示，在甲、乙兩容器中分別充入等物質(zhì)的量的CH4和CO2，使甲、乙兩容器初始容積相等。在相同溫度下發(fā)生反應(yīng)②，并維持反應(yīng)過程中溫度不變。

已知甲容器中CH4的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的圖像如圖所示，請在圖中畫出乙容器中CH4的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的圖像_______。

(3)反應(yīng)③中△H3＝________。800℃時，反應(yīng)③的化學(xué)平衡常數(shù)K＝1.0，某時刻測得該溫度下的密閉容器中各物質(zhì)的物質(zhì)的量見表：

CO	H2O	CO2	H2
0.5mol	8.5mol	2.0mol	2.0mol

此時反應(yīng)③中正、逆反應(yīng)速率的關(guān)系式是________(填代號)。

a.v(正)>v(逆) b.v(正)<v(逆) c.v(正)＝v(逆) d.無法判斷

(4)800K時向下列三個密閉容器中各充入2 mol H2、1 mol CO，發(fā)生反應(yīng)：2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g) △H<0，若三容器初始體積相同，甲容器在反應(yīng)過程中保持壓強(qiáng)不變，乙容器保持體積不變，丙容器維持絕熱，三容器各自建立化學(xué)平衡。

甲. 乙. 丙.

①達(dá)到平衡時，平衡常數(shù)K(甲)________K(乙)；K(乙)________K(丙)(填“＞”、“＜”或“＝”)。

②達(dá)到平衡時H2的濃度c(H2)(甲)________c(H2)(乙)；c(H2)(乙)________c(H2)(丙)(填“＞”、“＜”或“＝”)。

(5)在以甲醇為燃料的電池中，電解質(zhì)溶液為堿性，負(fù)極的電極反應(yīng)式為_________，甲醇應(yīng)用于燃料電池比甲醇直接用作燃料燃燒的優(yōu)點是_______(回答一條即可)。

Answer 1

【答案】0.3mol·L-1·min-1 BC - 41.2 kJ/mol a = ＞ ＞ ＜ CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O 能量轉(zhuǎn)化效率高或水、電、熱聯(lián)供等

【解析】

（1）根據(jù)圖可知，前5min之內(nèi)，甲烷的濃度變化量為0.5mol/L，v(CH4)==0.1mol·L-1·min-1，反應(yīng)速率等于其化學(xué)計量數(shù)之比，v(H2)=3v(CH4)= 0.3mol·L-1·min-1，10min時甲烷的濃度繼續(xù)減小，且反應(yīng)速率增大，該反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動，而該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，且反應(yīng)前后氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，則增大體積、升高溫度符合題意，選BC；故答案為：0.3mol·L-1·min-1；BC；

（2）甲、乙兩容器中分別充入等物質(zhì)的量的CH4和CO2，且甲、乙兩容器初始容積相等，由圖可知，甲的體積不變，乙的壓強(qiáng)不變，則假定甲不變，乙中發(fā)生CH4+CO22CO+2H2，其體積增大，則相當(dāng)于壓強(qiáng)減小，化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動，乙容器中CH4的轉(zhuǎn)化率增大，但壓強(qiáng)小，反應(yīng)速率減慢，則達(dá)到平衡的時間變長，則乙中CH4的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的圖象為：；故答案為：；

（3）已知，①CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) △H1＝＋206.1 kJ/mol

②CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) △H2＝＋247.3 kJ/mol

③CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) △H3

由蓋斯定律可得：①-②可得③反應(yīng)，△H3＝△H1-△H2＝206.1 kJ/mol-247.3 kJ/mol＝- 41.2 kJ/mol，由表格中的數(shù)據(jù)可知，氣體的體積相同，則物質(zhì)的量與濃度成正比，Qc=< K＝1.0，該反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動，則正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，選a；故答案為：

- 41.2 kJ/mol ；a；

（4）①800K時，平衡常數(shù)不變，甲乙容器溫度不變，平衡常數(shù)不變，丙容器絕熱，溫度升高平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)減小，

K(甲=K(乙)，K(乙)> K(丙)；故答案為：=；＞；

②達(dá)到平衡時都和乙容器中的H2濃度比較，依據(jù)平衡移動原理，甲容器在反應(yīng)過程中保持壓強(qiáng)不變，容器體積減小，H2濃度增大，乙容器保持體積不變，隨著反應(yīng)的進(jìn)行壓強(qiáng)減小，丙容器維持絕熱反應(yīng)過程，溫度升高平衡逆向進(jìn)行H2度增大， 所以達(dá)到平衡時，

c(H2)(甲)>c(H2)(乙)；c(H2)(乙)<c(H2)(丙)，故答案為：>；<；

（5）甲醇為燃料的電池中，甲醇為負(fù)極，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，氧氣為正極，得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)，電解質(zhì)溶液為堿性時，負(fù)極的電極反應(yīng)式為：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，甲醇應(yīng)用于燃料電池比甲醇直接用作燃料燃燒的優(yōu)點為能量轉(zhuǎn)化效率高，水、電、熱聯(lián)供等優(yōu)點；故答案為：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；能量轉(zhuǎn)化效率高或水、電、熱聯(lián)供等。