Question

（1）甲醇是一種可再生能源，工業上一般采用下列兩種反應合成甲醇：
反應Ⅰ：CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）
反應Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）
反應Ⅲ：甲醇燃燒2CH₃OH（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）
上述反應符合“原子經濟”原則的是

Ⅰ

（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）．
（2）依據甲醇燃燒的反應原理，設計如圖所示的電池裝置．
①該電池正極的電極反應為

O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-

．
②工作一段時間后，測驗得溶液的pH減小，該電池總反應的
化學方式式為

2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O

．
（3）甲烷也是一種可再生的能源，如果用甲烷來制水煤氣，反應方程式為：
CH₄（g）+H₂O（g）CO（g）+3H₂（g）
△H═+206kJ/mol
在一體積恒定為1L的密閉器中用1mol甲烷和1mol水蒸氣進行以上反應，測得甲烷的物質的量濃度隨反應時間的變化如圖所示．
①反應在0～5min這段時間共吸收的熱量為

103

kJ；
②進行到5min時，反應達到平衡，這時平衡常數K的數值為

6.75

；
③進行到8min時，只改變了影響平衡的一個條件：水蒸氣的濃度．10min達到新的平衡，這時c（H₂O）=

5.1

mol/L．（小數點后面保留一位數）

Answer 1

分析：（1）“原子經濟”原則是指原子利用率高的原則；
（2）燃料電池的正極反應是氧氣得電子的過程，總反應是燃料的燃燒反應；
（3）①根據圖象0～5min這段時間所消耗的甲烷的量來判斷反應吸收的熱量；
②根據K=

[CO][ H2]3

[CH4] [H2O]

來計算；
③根據濃度只影響反應速率不影響化學平衡狀態來計算；

解答：解：（1）化合反應的原子利用率最高，為100%，故答案為：Ⅰ；
（2）甲醇燃燒的反應原理是：正極反應一定是氧氣得電子的過程，在堿性環境下，得到氫氧根離子，即O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
②所有燃料電池的總反應是燃料的燃燒反應，溶液的pH減小，說明電解質氫氧化鉀被消耗，即2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O，故答案為：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O；
（3）①0～5min這段時間所消耗的甲烷的濃度為0.5mol/L，根據熱化學方程式CH₄（g）+H₂O（g）CO（g）+3H₂（g），△H═+206kJ/mol的含義，所以消耗的甲烷的濃度為0.5mol/L時，吸收的熱量為：

1

2

×206kJ=103KJ，故答案為：103；
②進行到5min鐘時，甲烷的濃度為0.5mol/L，所以水蒸氣以及一氧化碳的濃度為0.5mol/L，氫氣的為1.5mol/L，據K=

[CO][ H2]3

[CH4] [H2O]

=

0.5×1.53

0.5×0.5

=6.75（mol/L）²，故答案為：6.75；
③當反應進行到8min時，甲烷的濃度減小，所以是增加了水蒸氣的量，設加入的水蒸氣的量為x，則：
               CH₄（g）+H₂O（g）CO（g）+3H₂（g）
初始濃度：1        1                 0        0
變化濃度：0.75     0.75               0.75    2.25
8min鐘末濃度：0.25     1+x-0.75           0.75    2.25
則Qc=

0.75×2.253

0.25×(1+x-0.75)

=6.75
解得x=4.8125，所以8min時c（H₂O）=4.8125+0.25=5.0625≈5.1（mol/L）．
故答案為：5.1．

點評：本題是一道綜合知識題目，考查的角度較廣，難度很大．