Question

工業上常用天然氣作為制備CH₃OH的原料．已知：
①CH₄（g）+O₂（g）?CO（g）+H₂（g）+H₂O（g）△H=-321.5kJ/mol
②CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+250.3kJ/mol
③CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.0kJ/mol
（1）CH₄（g）與O₂（g）反應生成CH₃OH（g）的熱化學方程式為

2CH₄（g）+O₂（g）=2CH₃OH（g）△H=-251.2KJ/mol

．
（2）向VL恒容密閉容器中充入a mol CO與2a mol H₂，在不同壓強下合成甲醇．CO的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖1所示：

①壓強P₁

＜

P₂（填“＜”、“＞”或“=”）
②在100℃、P₁壓強時，平衡常數為

2×

V2

a2

（用含a、V的代數式表示）．
（3）如圖2所示是甲醇燃料電池（電解質溶液為稀硫酸）結構示意圖，Pt（a）電極通入的M為

甲醇

，電極反應式是

CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺

．若用該電池電解CuSO₄溶液，當得到3.2g銅時，參加反應的氣體N的體積應為

2.24

L（標準狀況）．

Answer 1

分析：（1）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到；
（2）①依據反應是氣體體積減小的反應，銅溫度下增大壓強平衡正向進行；
②100°C時一氧化碳的轉化率為50%，結合平衡三段式列式計算平衡濃度結合平衡常數概念計算得到；
（3）甲醇燃料電池中電解質溶液為稀硫酸，燃料甲醇在負極失電子發生氧化反應，正極上是氧氣得到電子發生還原反應；依據電子守恒分析計算N氣體的體積；

解答：解：（1）①CH₄（g）+O₂（g）?CO（g）+H₂（g）+H₂O（g）△H=-321.5kJ/mol
②CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+250.3kJ/mol
③CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.0kJ/mol
依據蓋斯定律
①+②-2×③得到：2CH₄（g）+O₂（g）=2CH₃OH（g）△H=-251.2KJ/mol
故答案為：2CH₄（g）+O₂（g）=2CH₃OH（g）△H=-251.2KJ/mol
（2）①圖象分析可知相同溫度下P₂壓強下一氧化碳轉化率大于P₁壓強下一氧化碳轉化率，反應是氣體體積減小的反應，壓強增大平衡正向進行，所以P₁＜P₂；
故答案為：＜；
②向VL恒容密閉容器中充入a mol CO與2a mol H₂，100°C時一氧化碳的轉化率為50%，依據平衡三段式列式計算
                CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L） 

a

V

      

2a

V

         0 
變化量（mol/L）

0.5a

V

    

a

V

         

a

V

平衡量（mol/L）

0.5a

V

   

a

V

          

a

V

平衡常數K=

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

=

a V

0.5a V ×( a V )2

=2×

V2

a2

故答案為：2×

V2

a2

；
（3）甲醇燃料電池中電解質溶液為稀硫酸，燃料甲醇在負極失電子發生氧化反應，電極反應為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，正極上是氧氣得到電子發生還原反應，電極反應為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；用該電池電解CuSO₄溶液，當得到3.2g銅物質的量為0.05mol時，電極反應為Cu²⁺+2e^-=Cu，依據電子守恒可知，O₂～2Cu，參加反應的氣體N為氧氣的物質的量為0.1mol，標準狀況下的體積應為2.24L；
故答案為：甲醇：2.24；

點評：本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用，化學平衡影響因素的分析判斷，平衡移動原理分析應用，原電池電極反應和電解池原理的理解應用，題目難度中等．