Question

【題目】開發、使用清潔能源發展“低碳經濟”，正成為科學家研究的主要課題．氫氣、甲醇是優質的清潔燃料，可制作燃料電池．
（1）已知：①2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（g）△H1=﹣1275.6kJmol﹣1②2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H2=﹣566.0kJmol﹣1
③H2O（g）=H2O（l）△H3=﹣44.0kJmol﹣1寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式：
（2）生產甲醇的原料CO和H2來源于：CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g） ①一定條件下CH4的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖a．則，P1P2；A、B、C三點處對應平衡常數（KA、KB、KC）的大小順序為 ． （填“＜”、“＞”“=”）
②100℃時，將1mol CH4和2mol H2O通入容積為1L 的反應室，反應達平衡的標志是： ．
A．容器內氣體密度恒定
B．單位時間內消耗0.1mol CH4同時生成0.3mol H2
C．容器的壓強恒定
D．3v正（CH4）=v逆（H2）
③如果達到平衡時CH4的轉化率為0.5，則100℃時該反應的平衡常數K=
（3）某實驗小組利用CO（g）、O2（g）、KOH（aq）設計成如圖b所示的電池裝置，負極的電極反應式為 ． 用該原電池做電源，常溫下，用惰性電極電解200mL飽和食鹽水（足量），消耗標準狀況下的CO 224mL，則溶液的pH= （不考慮溶液體積的變化）

Answer 1

【答案】
（1）CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=﹣442.8kJ?mol﹣1
（2）＜； KC＞KB＞KA； CD；2.25
（3）CO﹣2e￣+4OH￣=CO32￣+2H2O；13
【解析】解：（1）①2CH3OH（l）+3O2（g）═2CO2（g）+4H2O（g）△H=﹣1275.6kJmol﹣1

②2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H=﹣566.0kJmol﹣1

③H2O（g）═H2O（l）△H=﹣44.0kJmol﹣1

根據蓋斯定律，將已知反應 ×（①﹣②+③×4）得到CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l），所以該反應的△H= ×[（﹣1275.6kJ/mol）﹣（﹣566.0kJ/mol）+（﹣44.0kJ/mol）×4]=﹣442.8kJmol﹣1，即CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=﹣442.8kJmol﹣1，

所以答案是：CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=﹣442.8kJmol﹣1；（2）①在圖a的200℃位置，平行與縱軸畫一條虛線，可見CH4的轉化率P1＞P2，在CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）反應中，生成物的氣體體積大于反應物，壓強增大時平衡向逆向移動，故P1＜P2，平衡常數只受溫度影響，壓強不變升高溫度，甲烷的轉化率會增大，平衡正向進行，所以反應是吸熱反應，溫度越高，K越大，A、B、C三點處對應的溫度是逐漸升高的，所以平衡常數（KA、KB、KC）的大小順序為KC＞KB＞KA，

所以答案是：＜；KC＞KB＞KA；

②A．容器內氣體密度= ，質量是守恒的，V是不變的，所以密度始終不變，當密度不變時，不一定平衡，故A錯誤；

B．單位時間內消耗0.1mol CH4同時生成0.3molH2，只能說明正反應速率，不能證明正逆反應速率相等，不一定平衡，故B錯誤；

C．反應是前后系數和變化的反應，當容器的壓強恒定，則達到了平衡，故C正確；

D．3v正（CH4）=v逆（H2），能體現v（正）=v（逆），故D正確；

所以答案是：CD；

③平衡時甲烷的轉化為0.5，則甲烷的濃度變化量=1mol/L×0.5=0.5mol/L，

	CH4（g）+	H2O（g）	CO（g）+	3H2（g）
起始（mol/L）	1	2	0	0
轉化（mol/L）	0.5	0.5	0.5	1.5
平衡（mol/L）	0.5	1.5	0.5	1.5

故平衡常數K= =2.25，

所以答案是：2.25；（3）電解質溶液呈堿性，則負極上CO失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水，負極反應式為CO﹣2e+4OH=CO32+2H2O，消耗的標準狀況下的CO24mL，則CO的物質的量為 =0.01mol，則轉移電子為0.02mol，電解飽和食鹽水的離子方程式為：2Cl﹣+2H2O H2↑+Cl2↑+2OH﹣，由轉移電子守恒可知，生成的氫氧根離子的物質的量為0.02mol，則c（OH﹣）=0.1mol/L，所以pH=13．

所以答案是：CO﹣2e+4OH=CO32+2H2O；13．

【考點精析】解答此題的關鍵在于理解化學平衡的計算的相關知識，掌握反應物轉化率=轉化濃度÷起始濃度×100%=轉化物質的量÷起始物質的量×100%；產品的產率=實際生成產物的物質的量÷理論上可得到產物的物質的量×100%．