Question

（14分）工业上可由天然气为原料制备甲醇，也可由水煤气合成甲醇。

（1）已知2CH₄（g）＋O₂（g）=2CO₂（g）＋4H₂（g） △H＝akJ/mol

CO（g）＋2H₂（g）＝CH₃OH（g）△H＝bkJ/mol

试写出由CH₄和O₂制取甲烷的热化学方程式：___________________。

（2）还可以通过下列反应制备甲醇：CO（g）＋2H₂（g）CH₃OH（g）。图甲是反应时CO（g）和CH₃OH（g）的浓度随时间t的变化情况。从反应开始到平衡，用CO表示平均反应速率v（CO）＝____________，该反应的平衡常数表达式为______________。

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

①下列说法不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20L．如果反应开始时仍充入10molCO和20molH₂，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，则电池负极反应的离子方程式为_____________。

②若电解质溶液中KOH的物质的量为1．0mol，当有0．75mol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

（除特殊标注外，每空2分，共14分）

（1）2CH4（g）+O2（g）=2CH3OH（g） ΔH=（a+2b）kJ/mol

（2）0．075mol·L−1·min−1（1分）

（3）①AC ②＜（1分） ③4

（4）①CH3OH−6e−+8OH−=CO32－+6H2O ②c（K+）> c（HCO3－）> c（CO32－）>c（OH−）>c（H+）

【解析】

试题分析：（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，则根据盖斯定律可知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v=0．75mol/L÷10min=0．075mol/（L•min），CO表示的反应速率等于用甲醇表示的反应速率，即0．075mol/（L•min）；化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，所以根据方程式可知平衡常数表达式为。

（3）①A．氢气的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍，不能说明正逆反应速率相等，不一定平衡，A错误；B．氢气的体积分数不再改变是化学平衡的特征，达到了平衡，B正确；C．体系中氢气的转化率和CO的转化率相等，不能说明正逆反应速率相等，不一定平衡，C错误；D．体系中气体的平均摩尔质量等于质量和物质的量的比值，物质的量变化，质量不变，所以当体系中气体的平均摩尔质量不再改变，证明达到了平衡，D正确，答案选AC。

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；

③利用A点可得平衡常数K＝，温度不变，平衡常数不变。A、B两容器温度相同，即化学平衡常数相等，且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

解得V=4L

（4）①燃料电池得负极甲醇失去电子，碱过量，则负极方程式为CH3OH−6e−+8OH−=CO32－+6H2O。

②当有0．75mol甲醇参与反应时，产生的二氧化碳是0．75mol，和1mol氢氧化钾反应，根据元素守恒可以计算n（K2CO3）=0．25mol，n（KHCO3）=0．5mol，二者的水溶液均为碱性，所以溶液中离子浓度大小顺序为c（K+）> c（HCO3－）> c（CO32－）>c（OH−）>c（H+）。

【考点定位】本题主要考查了热化学方程式的书写、化学平衡状态的判断、平衡的计算以及燃料电池中电极反应的书写和溶液中离子浓度的大小比较知识，属于综合知识的考查，难度大。

【名师点晴】可逆反应达到平衡状态有两个核心的判断依据：①正反应速率和逆反应速率相等。②反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变。只要抓住这两个特征就可确定反应是否达到平衡状态，对于随反应的发生而发生变化的物理量如果不变了，即说明可逆反应达到了平衡状态。判断化学反应是否达到平衡状态，关键是看给定的条件能否推出参与反应的任一物质的物质的量不再发生变化。