Question

近年來，以天然氣等為原料合成甲醇的難題被一一攻克，極大地促進了甲醇化學的發展。

（1）與炭和水蒸氣的反應相似，以天然氣為原料也可以制得CO和H₂，該反應的化學方程式為_________。

（2）合成甲醇的一種方法是以CO和H₂為原料，其能量變化如圖所示：

由圖可知，合成甲醇的熱化學方程式為________________________________________。

（3）以CO₂為原料也可以合成甲醇，其反應原理為：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)

①在lL的密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂，在500℃下發生反應，測得CO₂(g)和CH₃OH(g)的濃度隨時問變化如圖所示：

則下列說法正確的是_________________(填字母)；

A．3min時反應達到平衡

B．0～10min時用H₂表示的反應速率為0．225mol·^-1·min^-1

C．CO₂的平衡轉化率為25％

D．該溫度時化學平衡常數為（mol/L）^－2

②在相同溫度、相同容積的3個密閉容器中，按不同方式投入反應物，保持恒溫、恒容，測得反應達到平衡時的有關數據如下：

容器	容器1	容器2	容器3
反應物投入量（始態）	1molCO2、3molH2	0.5molCO2、1.5molH2	1molCH3OH、1molH2O
CH3OH的平衡濃度/mol•L-1	c1	c2	c3
平衡時體系壓強/Pa	p1	p2	p3

 

則下列各量的大小關系為c₁___________c₃，p₂_________p₃(填“大于”、“等于”或“小于”)。

（4）近年來，甲醇燃料電池技術獲得了新的突破，如圖所示為甲醇燃料電池的裝置示意圖。電池工作時，分別從b、c充入CH₃OH、O₂，回答下列問題：

①從d處排出的物質是___________，溶液中的質子移向電極__________(填“M”或“N”)；

②電極M上發生的電極反應式為__________________________。

 

Answer 1

【答案】

（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】

試題分析：（1）反應物是甲烷和水，生成物是一氧化碳和氫氣，根據原子生活借助于觀察法配平，反應條件是高溫和催化劑，所以該反應的化學方程式是CH₄＋H₂OCO＋3H₂。

（2）根據根據圖像可知，反應物的總能量高于生成物的總能量，因此反應是放熱反應，其反應熱△H＝(a－b)kJ/mol，所以其熱化學反應方程式為CO(g)＋2H₂(g)＝CH₃OH(g)  △H＝(a－b)kJ/mol。

（3）①A、根據圖像可知，3min后各物質的濃度還發生變化，所以3min時該反應未達到平衡，故A錯誤； B、根據圖像可知，在0～10min內甲醇的濃度增加了0.75mol/L，所以根據反應的化學方程式可知，消耗氫氣的濃度是0.75mol/L×3＝2.25mol/L，因此0～10min時用H₂表示的反應速率＝2.25mol/L÷10min＝0.225mol/(L·min)，故B正確；C、根據圖像可知CO₂的平衡轉化率＝×100%＝75%，故C錯誤； D、根據圖像和以上分析可知，平衡時c(CO₂)＝0.25mol/L，c(CH₃OH)＝c(H₂O)＝0.75mol/L，c(H₂)＝3c(CO₂)＝0.75mol/L，所以該溫度下反應的化學平衡常數K＝＝＝（mol/L）^－2，D正確，答案選BD。

②根據方程式并采用一邊倒的方法可知，1molCH₃OH、1molH₂O完全轉化為反應物就是1molCO₂、3molH₂，因此容器1和容器3是等效平衡，所以平衡時甲醇的濃度c₁等于c₃；容器2相當于在容器1的基礎上減小壓強，平衡向逆反應方向移動，則平衡時p₂ 小于p₃。

（4）①原電池中較活潑的金屬是負極，失去電子，發生氧化反應。電子經導線傳遞到正極，所以溶液中的陽離子向正極移動，正極得到電子，發生還原反應。因此該燃料電池中，負極通入甲醇，正極通入氧氣。c電極上充入氧氣，即電極N是正極，氧氣得電子和氫離子反應生成水，所以d出來的是水，原電池放電時，氫離子向正極N極移動。

②電極M是負極，通入的是甲醇，失去電子發生氧化反應，因此發生的電極反應式為CH₃OH＋H₂O－6e^－＝CO₂↑＋6H⁺。

考點：考查反應方程式、熱化學反應方程式、電極反應式的書寫；等效平衡的判斷和應用；反應速率和平衡常數的計算以及電化學原理的應用等