Question

【題目】工業(yè)上可用甲烷和氧氣按9：1的體積比混合，在200℃和10MPa的條件下，通過銅制管道反應(yīng)制得甲醇：2CH4+O2=2CH3COH。

（1）已知一定條件下，CH4和CH3COH燃燒的熱化學(xué)方程式分別為：

CH4(g)+SO2(g)=CO2(g)+2H2(g) △H=-802kJ/lmol

CH3OH(g)+l.5O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H=-677kJ/mol

則2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g) △H=__________

（2）甲烷固體氧化物燃料電池屬于第三代燃料電池，是一種在中高溫下直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能高效、環(huán)境友好地轉(zhuǎn)化成電能的全固態(tài)化學(xué)發(fā)電裝置。其工作原理如下圖所示。a是電池的____極（填“正”或“負(fù)”) ，b極的電極反應(yīng)式為__________。

（3）工業(yè)上合成甲醇的另一種方法為：

CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H＝-90kJ/mol

T℃時，將2mol CO 和4molH2充入1L 的密閉容器中，測得H2的物質(zhì)的量隨時間變化如下圖實(shí)線所示。

① 能用于判斷反應(yīng)已達(dá)化學(xué)平衡狀態(tài)的是____________。

A．氣體的總壓強(qiáng)不再改變

B. H2與CH3OH的體積比不再改變

C．氣體的密度不再改變

D．單位時間內(nèi)消耗1mol CO,同時生成1mol CH3OH

② 請計算出T℃ 時反應(yīng)的平衡常數(shù)K=_________________。

③ 僅改變某一實(shí)驗(yàn)條件再進(jìn)行兩次實(shí)驗(yàn)測得H2的物質(zhì)的量隨時間變化如圖中虛線所示。曲線Ⅰ對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件改變是：________；曲線Ⅱ對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件改變是_________0。

④ a、b、c三點(diǎn)逆反應(yīng)速率由大到小排列的順序是__________。

Answer 1

【答案】 -250KJ/mol 正 CH4+4O2-8e-=CO2+2H2O AB 3(mol/L)2 升高溫度 增大壓強(qiáng)（或增大CO的濃度） b>c>a

【解析】試題分析：（1）根據(jù)蓋斯定律計算反應(yīng)熱；（2）根據(jù) 移動方向，可知a是正極，b是負(fù)極；（3）根據(jù)平衡狀態(tài)的直接判據(jù)和間接判據(jù)判斷平衡狀態(tài)；利用三段式計算平衡常數(shù)；曲線Ⅰ反應(yīng)速率加快、氫氣的物質(zhì)的量增大；曲線Ⅱ反應(yīng)速率加快、氫氣的物質(zhì)的量減小；

解析：（1）

CH4(g)+SO2(g)=CO2(g)+2H2(g) △H=-802KJ/lmol

②CH3COH(g)+l.5O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H=-677kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律，2×①－2×②得2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g) △H= -250KJ/mol；（2）根據(jù) 移動方向，可知a是正極，b是負(fù)極，負(fù)極甲烷失電子生成二氧化碳和水，負(fù)極反應(yīng)式為CH4+4O2--8e-=CO2+2H2O；

（3）①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) 反應(yīng)，氣體系數(shù)和不同；

A．氣體物質(zhì)的量是變量，所以氣體的總壓強(qiáng)不再改變，一定平衡；

B. 氫氣是反應(yīng)物、甲醇是生成物，H2與CH3OH的體積比不再改變，一定平衡；

C．根據(jù) ，氣體質(zhì)量不變、容器體積不變，所以密度是常量，氣體的密度不再改變，不一定平衡；

D．消耗CO,生成CH3OH都是正反應(yīng)方向，故D不一定平衡；

② 根據(jù)圖像可知

3；

曲線Ⅰ反應(yīng)速率加快、氫氣的物質(zhì)的量增大，說明平衡逆向移動，所以改變條件是升高溫度；曲線Ⅱ反應(yīng)速率加快、氫氣的物質(zhì)的量減小，說明平衡正向移動，所以改變條件是增大壓強(qiáng)；④b點(diǎn)溫度高于c點(diǎn)，所以平衡時逆反應(yīng)速率b>c，a點(diǎn)、c點(diǎn)溫度相同，但c點(diǎn)甲醇濃度大于a，所以逆反應(yīng)速率c>a，a、b、c三點(diǎn)逆反應(yīng)速率由大到小排列的順序是b>c>a。