Question

1．甲醇是一种重要的可再生能源．
（1）2CH₄（g）+O₂（g）=2CO（g）+4H₂（g）△H=a kJ/mol
CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=b kJ/mol
写出由CH₄和O₂制取CH₃OH（g）的热化学方程式：2CH₄（g）+O₂（g）=2CH₃OH（g）△H=（a+2b）kJ/mol．
（2）甲图是反应时CO和CH₃OH（g）的物质的量浓度随时间（t）的变化曲线．从反应开始至达到平衡时，用H₂表示的反应速率v（H₂）=0.15mol/（L•min）．

（3）在一容积可变的密闭容器中充入10mol CO和20mol H₂，发生上述反应并达到平衡，CO的平衡转化率随温度（T）、压强（P）的变化曲线如乙图所示．
能判断该反应达到化学平衡状态的是BD（填选项字母）．
A．H₂的消耗速率等于CH₃OH的生成速率的2倍
B．H₂的体积分数不再改变
C．H₂的转化率和CO的转化率相等
D．混合气体的平均相对分子质量不再改变
（4）以甲醇为燃料，O₂为氧化剂，KOH溶液为电解质溶液，可制成燃料电池（电极材料为惰性电极）．若KOH溶液足量，写出燃料电池负极的电极反应式：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O
（5）如图所示，以甲醇燃料电池作为电源实现下列电解过程．乙池中发生反应的离子方程式为2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂+4H⁺．当甲池中增重16g时，丙池中理论上产生沉淀质量的最大值为34.8g．

Answer 1

分析 （1）利用盖斯定律，1式加2式的二倍即可得到该方程式及焓变；
（2）根据反应速率v=$\frac{△c}{△t}$，结合物质表示的反应速率之比等于物质前边的系数之比来计算；
（3）平衡标志是正逆反应速率相同，各成分浓度保持不变分析判断选项；
（4）碱性条件下，甲醇在负极被氧化生成碳酸根离子；
（5）图2中甲池为原电池，通入甲醇的电极为负极，铜氧气的电极为正极，则乙池中石墨为阳极，银为阴极，溶液中铜离子在银电极析出，丙中与银连接的Pt电极为阳极，另一个电极为阴极，丙中与银连接的Pt电极为阳极，另一个电极为阴极，电极反应为阳极：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，阴极为2H⁺+2e^-=H₂↑，MgCl₂+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Mg（OH）₂↓+H₂↑+Cl₂↑，甲池中发生的反应为：2CH₃OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+6H₂O，溶液中甲醇和氧气反应后导致溶液质量增大，每反应2mol甲醇和3mol氧气反应溶液质量增加=2mol×32g/mol+3mol×32g/mol=160g，电子转移为12mol，当甲池中增重16g时，电子转移1.2mol，电子守恒得到丙池中理论上产生沉淀为氢氧化镁质量．

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，
故答案为：2CH₄（g）+O₂（g）=2CH₃OH（g）△H=（a+2b） kJ/mol；
（2）用甲醇表示的反应速率v=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min），氢气表示的反应速率是甲醇的2倍，即0.15mol/（L•min），
故答案为：0.15 mol/（L•min）；
（3）A．H₂的消耗速率等于CH₃OH的生成速率的2倍，不能说明正逆反应速率相等，不一定平衡，故A错误；
B．H₂的体积分数不再改变是化学平衡的特征，达到了平衡，故B正确；
C．反应的方程式为CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g），充入10mol CO和20mol H₂，消耗的反应物的物质的量为1：2，则无论是否达到平衡状态，H₂的转化率和CO的转化率都相等，故C错误；
D．体系中气体的平均摩尔质量等于质量和物质的量的比值，物质的量变化，质量不变，所以当体系中气体的平均摩尔质量不再改变，证明达到了平衡，故D正确．
故答案为：BD；
（4）碱性条件下，甲醇在负极被氧化生成碳酸根离子，电极方程式为CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
（5）图2中甲池为原电池，通入甲醇的电极为负极，铜氧气的电极为正极，则乙池中石墨为阳极，银为阴极，溶液中铜离子在银电极析出，Cu²⁺+2e^-=Cu，阳极上是氢氧根离子放电生成氧气，所以电极反应为：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，电池反应的离子方程式为：2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂+4H⁺，丙中与银连接的Pt电极为阳极，另一个电极为阴极，电极反应为阳极：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，阴极为2H⁺+2e^-=H₂↑，MgCl₂+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Mg（OH）₂↓+H₂↑+Cl₂↑，甲池中发生的反应为：2CH₃OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+6H₂O，溶液中甲醇和氧气反应后导致溶液质量增大，每反应2mol甲醇和3mol氧气反应溶液质量增加=2mol×32g/mol+3mol×32g/mol=160g，电子转移为12mol，当甲池中增重16g时，电子转移1.2mol，电子守恒得到丙池中理论上产生沉淀为氢氧化镁，依据化学方程式，生成1mol氢氧化镁，电子转移2mol电子，则电子转移1.2mol，生成沉淀氢氧化镁0.6mol，计算得到物质的量为质量=0.6mol×58g/mol=34.8g，
故答案为：2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂+4H⁺；34.8．

点评 本题考查了化学平衡的计算、化学平衡状态的判断、化学平衡的影响因素、电解池和原电池原理的计算等知识，题目难度中等，明确影响化学反应速率的因素为解答关键，试题侧重考查学生的分析能力及化学计算能力．