Question

近年来，以天然气等为原料合成甲醇的难题被一一攻克，极大地促进了甲醇化学的发展。

（1）与炭和水蒸气的反应相似，以天然气为原料也可以制得CO和H₂，该反应的化学方程式为_________。

（2）合成甲醇的一种方法是以CO和H₂为原料，其能量变化如图所示：

由图可知，合成甲醇的热化学方程式为________________________________________。

（3）以CO₂为原料也可以合成甲醇，其反应原理为：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)

①在lL的密闭容器中，充入1molCO₂和3molH₂，在500℃下发生反应，测得CO₂(g)和CH₃OH(g)的浓度随时问变化如图所示：

则下列说法正确的是_________________(填字母)；

A．3min时反应达到平衡

B．0～10min时用H₂表示的反应速率为0．225mol·^-1·min^-1

C．CO₂的平衡转化率为25％

D．该温度时化学平衡常数为（mol/L）^－2

②在相同温度、相同容积的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下：

容器	容器1	容器2	容器3
反应物投入量（始态）	1molCO2、3molH2	0.5molCO2、1.5molH2	1molCH3OH、1molH2O
CH3OH的平衡浓度/mol•L^-1	c1	c2	c3
平衡时体系压强/Pa	p1	p2	p3

则下列各量的大小关系为c₁___________c₃，p₂_________p₃(填“大于”、“等于”或“小于”)。

（4）近年来，甲醇燃料电池技术获得了新的突破，如图所示为甲醇燃料电池的装置示意图。电池工作时，分别从b、c充入CH₃OH、O₂，回答下列问题：

①从d处排出的物质是___________，溶液中的质子移向电极__________(填“M”或“N”)；

②电极M上发生的电极反应式为__________________________。

Answer

（16分、每空2分）（1）CH4＋H2OCO＋3H2

（2）CO(g)＋2H2(g)＝CH3OH(g)  △H＝(a－b)kJ/mol （3）①BD ②等于；小于

（4）①H2O  N ②CH3OH＋H2O－6e－＝CO2↑＋6H+

【解析】

试题分析：（1）反应物是甲烷和水，生成物是一氧化碳和氢气，根据原子生活借助于观察法配平，反应条件是高温和催化剂，所以该反应的化学方程式是CH4＋H2OCO＋3H2。

（2）根据根据图像可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，因此反应是放热反应，其反应热△H＝(a－b)kJ/mol，所以其热化学反应方程式为CO(g)＋2H2(g)＝CH3OH(g)  △H＝(a－b)kJ/mol。

（3）①A、根据图像可知，3min后各物质的浓度还发生变化，所以3min时该反应未达到平衡，故A错误； B、根据图像可知，在0～10min内甲醇的浓度增加了0.75mol/L，所以根据反应的化学方程式可知，消耗氢气的浓度是0.75mol/L×3＝2.25mol/L，因此0～10min时用H2表示的反应速率＝2.25mol/L÷10min＝0.225mol/(L·min)，故B正确；C、根据图像可知CO2的平衡转化率＝×100%＝75%，故C错误； D、根据图像和以上分析可知，平衡时c(CO2)＝0.25mol/L，c(CH3OH)＝c(H2O)＝0.75mol/L，c(H2)＝3c(CO2)＝0.75mol/L，所以该温度下反应的化学平衡常数K＝＝＝（mol/L）－2，D正确，答案选BD。

②根据方程式并采用一边倒的方法可知，1molCH3OH、1molH2O完全转化为反应物就是1molCO2、3molH2，因此容器1和容器3是等效平衡，所以平衡时甲醇的浓度c1等于c3；容器2相当于在容器1的基础上减小压强，平衡向逆反应方向移动，则平衡时p2 小于p3。

（4）①原电池中较活泼的金属是负极，失去电子，发生氧化反应。电子经导线传递到正极，所以溶液中的阳离子向正极移动，正极得到电子，发生还原反应。因此该燃料电池中，负极通入甲醇，正极通入氧气。c电极上充入氧气，即电极N是正极，氧气得电子和氢离子反应生成水，所以d出来的是水，原电池放电时，氢离子向正极N极移动。

②电极M是负极，通入的是甲醇，失去电子发生氧化反应，因此发生的电极反应式为CH3OH＋H2O－6e－＝CO2↑＋6H+。

考点：考查反应方程式、热化学反应方程式、电极反应式的书写；等效平衡的判断和应用；反应速率和平衡常数的计算以及电化学原理的应用等