Question

甲醇是一种重要的可再生能源。

（1）已知2CH₄(g)+O₂(g)=2CO(g)+4H₂(g)   ΔH =a kJ·mol^-1

CO(g)+2H₂(g)=CH₃OH(g)      ΔH =b kJ·mol^-1

试写出由CH₄和O₂制取甲醇的热化学方程式                                。

（2）还可通过下列反应制甲醇：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)。甲图是反应时CO和CH₃OH(g)的浓度随时间的变化情况。从反应开始到达平衡，用H₂表示反应速率υ(H₂)=                              。

（3）在一容积可变的密闭容器中充入10 mol CO和20 mol H₂，CO的平衡转化率随温度（T）、压强（P）的变化如乙图所示。

①下列说法能判断该反应达到化学平衡状态的是_______（填字母）。

A．H₂的消耗速率等于CH₃OH的生成速率的2倍

B．H₂的体积分数不再改变

C．体系中H₂的转化率和CO的转化率相等

D．体系中气体的平均摩尔质量不再改变

②比较A、B两点压强大小P_A________P_B（填“＞、＜、=”）。

③若达到化学平衡状态A时，容器的体积为20 L。如果反应开始时仍充入10 molCO和20 molH₂，则在平衡状态B时容器的体积V(B)=         L。

（4）以甲醇为燃料，氧气为氧化剂，KOH溶液为电解质溶液，可制成燃料电池（电极材料为惰性电极）。

①若KOH溶液足量，则写出电池负极反应式________________________。

②若电解质溶液中KOH的物质的量为0.8 mol，当有0.5 mol甲醇参与反应时，电解质溶液中各种离子的物质的量浓度由大到小的顺序是               。

Answer

（1）2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g)；ΔH=(a+2b) kJ·mol-1

（2）0.15mol·L-1·min-1

（3）①BD②＜③4

（4）①CH3OH+8OH- -6e-=+6H2O②c(K+)＞c()＞c()＞c(OH-)＞c(H+)

【解析】

试题解析：

（1）已知①2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g)；△H=a KJ/mol ②CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)；△H=b KJ/mol，

①+②×2可得到2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g)；△H=（a+2b）kJ/mol

（2）用甲醇表示的反应速率υ(CH3OH)==0.075mol/（L•min），氢气表示的反应速率是甲醇的2倍，即υ(H2)=0.15mol/（L•min）。

（3）①A．因为H2是反应物，甲醇是生成物，且二者计量数之比为2:1，所以无论平衡与否，反应过程中

H2的消耗速率始终等于CH3OH的生成速率的2倍，故A错误；B．H2的体积分数不再改变是化学

平衡的特征，达到了平衡状态，故B正确；C．因为体系中加入的H2和CO的物质的量之比为2: 1，

二者的计量数之比为2:1，所以反应的转化率始终相等，不能说明反应一定平衡，故C错误；D．体

系中气体的平均摩尔质量等于气体总质量和气体总物质的量的比值，总质量不变，反应时气体物质

的量减小，所以当体系中气体的平均摩尔质量不再改变时，证明反应达到了平衡，故D正确。

②正反应方向为气体体积减小的方向，T1℃时比较CO的转化率，转化率越大，则压强越大，图象中

PB转化率大于PA，可知PA＜PB。

③A、B两容器温度相同，即化学平衡常数相等，根据A点时CO的转化率为0.5，容器容积为20L，

可计算出平衡常数K==4；B点时CO的转化率为0.8，则

CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)

起始（mol）： 10 20 0

转化（mol）： 8 16 8

平衡（mol）： 2 4 8

设体积为VL，则有K==4，V=4。

（4）①燃料电池总反应是燃料燃烧的化学方程式，在碱性环境下，二氧化碳转化为碳酸根离子，即

2CH3OH+3O2+4OH-=2+6H2O，电池的负极是甲醇失去电子被氧化的过程：CH3OH+8OH--6e-

=+6H2O

②当有0.5mol甲醇参与反应时，产生的二氧化碳是0.5mol，和0.8mol氢氧化钾反应，根据元素守恒

可以计算n (K2CO3)=0.3mol，n (KHCO3)=0.2mol，二者的水溶液均为碱性，所以c(K+)＞c(CO)＞

c (HCO)＞c (OH)＞c (H+)。

考点：热化学方程式；原电池的工作原理；化学反应速率和化学平衡