Question

1．甲醇是一種重要的可再生能源．
（1）2CH₄（g）+O₂（g）=2CO（g）+4H₂（g）△H=a kJ/mol
CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=b kJ/mol
寫出由CH₄和O₂制取CH₃OH（g）的熱化學方程式：2CH₄（g）+O₂（g）=2CH₃OH（g）△H=（a+2b）kJ/mol．
（2）甲圖是反應時CO和CH₃OH（g）的物質的量濃度隨時間（t）的變化曲線．從反應開始至達到平衡時，用H₂表示的反應速率v（H₂）=0.15mol/（L•min）．

（3）在一容積可變的密閉容器中充入10mol CO和20mol H₂，發(fā)生上述反應并達到平衡，CO的平衡轉化率隨溫度（T）、壓強（P）的變化曲線如乙圖所示．
能判斷該反應達到化學平衡狀態(tài)的是BD（填選項字母）．
A．H₂的消耗速率等于CH₃OH的生成速率的2倍
B．H₂的體積分數不再改變
C．H₂的轉化率和CO的轉化率相等
D．混合氣體的平均相對分子質量不再改變
（4）以甲醇為燃料，O₂為氧化劑，KOH溶液為電解質溶液，可制成燃料電池（電極材料為惰性電極）．若KOH溶液足量，寫出燃料電池負極的電極反應式：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O
（5）如圖所示，以甲醇燃料電池作為電源實現下列電解過程．乙池中發(fā)生反應的離子方程式為2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂+4H⁺．當甲池中增重16g時，丙池中理論上產生沉淀質量的最大值為34.8g．

Answer 1

分析 （1）利用蓋斯定律，1式加2式的二倍即可得到該方程式及焓變；
（2）根據反應速率v=$\frac{△c}{△t}$，結合物質表示的反應速率之比等于物質前邊的系數之比來計算；
（3）平衡標志是正逆反應速率相同，各成分濃度保持不變分析判斷選項；
（4）堿性條件下，甲醇在負極被氧化生成碳酸根離子；
（5）圖2中甲池為原電池，通入甲醇的電極為負極，銅氧氣的電極為正極，則乙池中石墨為陽極，銀為陰極，溶液中銅離子在銀電極析出，丙中與銀連接的Pt電極為陽極，另一個電極為陰極，丙中與銀連接的Pt電極為陽極，另一個電極為陰極，電極反應為陽極：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，陰極為2H⁺+2e^-=H₂↑，MgCl₂+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Mg（OH）₂↓+H₂↑+Cl₂↑，甲池中發(fā)生的反應為：2CH₃OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+6H₂O，溶液中甲醇和氧氣反應后導致溶液質量增大，每反應2mol甲醇和3mol氧氣反應溶液質量增加=2mol×32g/mol+3mol×32g/mol=160g，電子轉移為12mol，當甲池中增重16g時，電子轉移1.2mol，電子守恒得到丙池中理論上產生沉淀為氫氧化鎂質量．

解答 解：（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，
故答案為：2CH₄（g）+O₂（g）=2CH₃OH（g）△H=（a+2b） kJ/mol；
（2）用甲醇表示的反應速率v=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min），氫氣表示的反應速率是甲醇的2倍，即0.15mol/（L•min），
故答案為：0.15 mol/（L•min）；
（3）A．H₂的消耗速率等于CH₃OH的生成速率的2倍，不能說明正逆反應速率相等，不一定平衡，故A錯誤；
B．H₂的體積分數不再改變是化學平衡的特征，達到了平衡，故B正確；
C．反應的方程式為CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g），充入10mol CO和20mol H₂，消耗的反應物的物質的量為1：2，則無論是否達到平衡狀態(tài)，H₂的轉化率和CO的轉化率都相等，故C錯誤；
D．體系中氣體的平均摩爾質量等于質量和物質的量的比值，物質的量變化，質量不變，所以當體系中氣體的平均摩爾質量不再改變，證明達到了平衡，故D正確．
故答案為：BD；
（4）堿性條件下，甲醇在負極被氧化生成碳酸根離子，電極方程式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
（5）圖2中甲池為原電池，通入甲醇的電極為負極，銅氧氣的電極為正極，則乙池中石墨為陽極，銀為陰極，溶液中銅離子在銀電極析出，Cu²⁺+2e^-=Cu，陽極上是氫氧根離子放電生成氧氣，所以電極反應為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，電池反應的離子方程式為：2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂+4H⁺，丙中與銀連接的Pt電極為陽極，另一個電極為陰極，電極反應為陽極：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，陰極為2H⁺+2e^-=H₂↑，MgCl₂+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Mg（OH）₂↓+H₂↑+Cl₂↑，甲池中發(fā)生的反應為：2CH₃OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+6H₂O，溶液中甲醇和氧氣反應后導致溶液質量增大，每反應2mol甲醇和3mol氧氣反應溶液質量增加=2mol×32g/mol+3mol×32g/mol=160g，電子轉移為12mol，當甲池中增重16g時，電子轉移1.2mol，電子守恒得到丙池中理論上產生沉淀為氫氧化鎂，依據化學方程式，生成1mol氫氧化鎂，電子轉移2mol電子，則電子轉移1.2mol，生成沉淀氫氧化鎂0.6mol，計算得到物質的量為質量=0.6mol×58g/mol=34.8g，
故答案為：2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂+4H⁺；34.8．

點評 本題考查了化學平衡的計算、化學平衡狀態(tài)的判斷、化學平衡的影響因素、電解池和原電池原理的計算等知識，題目難度中等，明確影響化學反應速率的因素為解答關鍵，試題側重考查學生的分析能力及化學計算能力．