Question

（18分）甲醇是一种新型的汽车动力燃料，工业上可通过CO和H₂化合来制备甲醇：

CO (g)＋2H₂ (g)CH₃OH (g)

（1）在容积固定为2 L的密闭容器内充入1 mol CO和2 mol H₂，加入 催化剂后在250 ℃开始反应，

CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。容器中M、N两点气体的物质的量之比为            。M、N、Q三点的平衡常数K_M、K_N、K_Q的大小关系为              。

（2）通过压力计监测上述容器内压强的变化如下：

反应时间/min	0	5	10	15	20	25
压强/Mpa	12.6	10.8	9.5	8.7	8.4	8.4

则从反应开始到20min时，以CO表示的平均反应速率为            ，该温度下平衡常数K＝      。

（3）下列描述中能说明上述反应已达平衡状态的是           。

A．2v(H₂)_正＝v(CH₃OH)_逆

B．容器内气体的平均摩尔质量保持不变

C．容器中气体的压强保持不变

D．单位时间内生成n mol CO的同时生成2n mol H₂

（4）25℃时以甲醇燃料电池（电解质溶液为稀硫酸）为电源电解300 mL NaCl溶液，正极反应式为       。在电解一段时间后，NaCl溶液的pH变为13（假设NaCl溶液的体积不变），则理论上消耗甲醇的物质的量为__________。

Answer

（18分）

（1）5：4 （3分） KM ＝ KN > KQ （2分）

（2）0.0125 mol·L—1·min—1 （2分） 4 （3分）

（3）B C （3分）

（4）O2＋4 H＋＋4 e－＝2 H2O（2分） 0.005 mol（3分）

【解析】

试题分析：（1）M点： CO (g)＋2H2 (g) CH3OH (g)

起始（mol） 1 2 0

反应 0.5 1 0.5

平衡 0.5 1 0.5

平衡时的物质的量n（M）=0.5mol+0.1mol+0.5mol=2mol

同理有：N点平衡时的物质的量n（N）=0.3mol+0.6mol+0.7mol=1.6mol

n（M）：n（N）=2mol:1.6mol=5：4

M、N两点的温度相等，因KM ＝ KN ，由图像知，温度越高，反应物的转化率越低，即升高温度，平衡向逆反应方向移动，温度越高，K越小；Q点的温度比M、N的温度高，因此KM ＝ KN> KQ

（2）同温同体积时，气体的压强之比=物质的量之比，平衡时气体的物质的量之和=3mol×=2mol

因此反应的CO的物质的量为0.5mol

以CO表示的平均反应速率为==0.0125 mol·L—1·min—1

K==4

（3）根据反应速率之比=化学计量数之比，A错；容器内气体的平均摩尔质量保持不变，表示气体的物质的量保持不变，该反应为气体物质的量发生变化的反应，B正确；容器中气体的压强保持不变，即气体的物质的量保持不变，C正确；单位时间内生成n mol CO的同时生成2n mol H2，描述的都是逆反应速率，D错误；故选BC

（4）电解NaCl溶液，正极反应式O2＋4 H＋＋4 e－＝2 H2O，

NaCl溶液2Cl- + 2H2O ===Cl2↑+ H2↑ + 2OH-，

当pH=13，即c(OH—)=0.1mol/L，n(OH—)=0.03mol，n(e—)=0.03mol

甲醇燃料电池的负极方程式为CH3OH—6e– + H2O = 6H+ + CO2

故消耗甲醇的物质的量=0.03mol/6=0.005mol

考点：考查了化学平衡的移动和计算、原电池原理等相关知识。