Question

【題目】CH4、CH3OH既是重要的化工原料,又是未來重要的能源物質(zhì)。

(1)將1.0 mol CH4和2.0 mol H2O(g) 通入容積為2L的反應(yīng)室，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)，測(cè)得在5 min時(shí)達(dá)到平衡，CH4的平衡轉(zhuǎn)化率為40%。則0～5 min內(nèi)，用H2O表示該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率為_________。

(2)一定條件下,將1.0 mol CH4與2.0 mol H2O(g)充入密閉容器中發(fā)生反應(yīng)CH4(g)+H2O(g) CH3OH(g)+H2(g)，下列措施可以提高化學(xué)反應(yīng)速率的是___________(填選項(xiàng)序號(hào))。

a．恒容條件下充入He b．增大體積

c．升高溫度 d．投入更多的H2O(g)

(3)在恒容條件下進(jìn)行反應(yīng)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),則下列實(shí)驗(yàn)事實(shí)可以作為判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)標(biāo)志的是___________(填選項(xiàng)序號(hào))。

a．消耗1 mol CO2同時(shí)生成1 mol CH3OH b．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變

c．混合氣體的密度保持不變 d．CH3OH(g)的濃度保持不變

(4)以KOH為電解質(zhì)的甲醇－空氣燃料電池是一種高效、輕污染的車載電池，其工作原理如圖。 回答下列問題：

①該原電池的正極是____（填“甲”或“乙”），電解過程中乙電極附近pH____（填“增大”或“減小”）；

②負(fù)極的電極反應(yīng)式________________________________。

Answer 1

【答案】 0.04mol/(L min) cd bd 乙 增大 CH3OH＋8OH－－6e－CO32－＋6H2O

【解析】分析: (1)根據(jù)v=計(jì)算 v(CH4)，根據(jù)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比換算v(H2O)。

(2) 升高溫度、增大反應(yīng)物濃度、使用催化劑等能加快反應(yīng)速率；

(3) 正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，混合物中各組分濃度保持不變則達(dá)到平衡狀態(tài)，以此分析；

(4)甲醇燃料電池中，負(fù)極上燃料甲醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上氧化劑得電子發(fā)生還原反應(yīng)，據(jù)此判斷電極名稱并書寫電極反應(yīng)式，根據(jù)電極反應(yīng)分析電極附近溶液pH變化。

(1)0~5 min內(nèi)，v(H2O)=v(CH4)==0.04 mol/(L·min)。

故答案為：0.04mol/(L min)；

(2) a．恒容條件下加He，體系壓強(qiáng)增大但反應(yīng)物濃度不變，化學(xué)反應(yīng)速率不變；b．增大體積，反應(yīng)物濃度減小，化學(xué)反應(yīng)速率減小；c．升高溫度能加快反應(yīng)速率；d．投入更多的H2O(g)，增大反應(yīng)物濃度，反應(yīng)速率加快；

故答案為：cd；

(3) a項(xiàng)，均表示正反應(yīng)，故a錯(cuò)誤；b項(xiàng)，該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體分子數(shù)發(fā)生變化的反應(yīng)，容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變，說明各物質(zhì)濃度保持不變，說明已達(dá)平衡，故b正確；c項(xiàng)，因?yàn)榉磻?yīng)物、生成物全是氣體，且為恒容容器，混合氣體的密度始終不變，故c錯(cuò)誤；d．當(dāng)CH3OH(g)的濃度保持不變時(shí)，說明反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài)，正確，

故答案為：bd；

(4) ①氧氣在乙電極發(fā)生還原反應(yīng)，故乙電極是正極，該原電池的正極是乙；正極為氧氣得電子生成氫氧根離子，所以電解過程中乙電極附近pH增大；

故答案為：乙 ；增大；
②可燃物甲醇在負(fù)極失去電子消耗OH-生成CO32-，所以負(fù)極電極反應(yīng)式為：CH3OH＋8OH－－6e－CO32－＋6H2O

因此，本題正確答案是：CH3OH＋8OH－－6e－CO32－＋6H2O。