Question

【题目】甲醇可作为燃料电池的原料。以CH4和H2O为原料，通过下列反应来制备甲醇。

Ⅰ：CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) △H=+206.0kJ·mol-1

Ⅱ：CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H =-129.0kJ·mol-1

(1)CH4(g)与H2O(g)反应生成CH3OH (g)和H2(g)的热化学方程式为______________。

(2)将1.0molCH4和2.0molH2O(g)通入容积为100 L的反应室，在一定条件下发生反应Ⅰ，测得在一定的压强下CH4的转化率与温度的关系如下图。

假设100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H2表示该反应的平均反应速率为_______。

(3)在压强为0.1MPa、温度为300℃条件下，将amolCO与3amol H2的混合气体在催化剂作用下发生反应Ⅱ生成甲醇，平衡后将容器的容积压缩到原来的，其他条件不变，对平衡体系产生的影响是__________（填字母序号）。

A.c(H2)减少 B.正反应速率加快，逆反应速率减慢

C.CH3OH 的物质的量增加

D.重新平衡减小 E．平衡常数K增大

(4)1mol甲醇完全燃烧产生气体通入1L1.5mol/L的NaOH溶液反应，反应后的溶液中各离子浓度大小关系为____________________。

Answer 1

【答案】 CH4(g)+H2O(g)=CH3OH(g)+H2(g) ΔH=+77kJ·mol-1 3×10-3 C D c (Na+) >c (HCO3-) > (CO32-) >c (OH- ) > (H+)

【解析】（1）.Ⅰ：CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) △H=+206.0kJ·mol-1

Ⅱ：CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H =-129.0kJ·mol-1

依据盖斯定律Ⅰ+Ⅱ得到CH4(g)+H2O(g)=CH3OH(g)+H2(g) ΔH=+77kJ·mol-1，故答案为：CH4(g)+H2O(g)=CH3OH(g)+H2(g) ΔH=+77kJ·mol-1；

（2）.将1.0mol CH4和2.0mol H2O(g)通入容积固定为100L的反应室，在一定条件下发生反应I，由图象可知100℃甲烷转化率为50%，故参加反应的甲烷为1mol×50%=0.5mol，则：

CH4 （g）+H2O （g）=CO （g）+3H2 （g）

起始量（mol）：1.0 2.0 0 0

变化量（mol）：0.5 0.5 0.5 1.5

平衡量（mol）：0.5 1.5 0.5 1.5

假设100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H2表示该反应的平均反应速率==3×10-3 molL-1min-1，故答案为：3×10-3 molL-1min-1；

（3）. A.平衡后将容器的容积压缩到原来的，压强增大，平衡向正反应方向移动，生成物的浓度增大，由于平衡常数不变，结合平衡常数可知，平衡时反应物各组分的浓度都增大，故A错误；

B. 压强增大，正逆反应速率都增大，但正反应速率增大更多，故B错误；

C. 压强增大，平衡向正反应方向移动，CH3OH的物质的量增加，故C正确；

D. 压强增大，平衡向正反应方向移动，氢气的物质的量减小，甲醇的物质的量增大，故重新平衡时减小，故D正确；

E. 平衡常数只受温度影响，温度不变，平衡常数不变，故E错误；

故答案为C D；

（4）.1mol甲醇完全燃烧产生气体n （CO2）=1mol，1L、1.5molL-1的NaOH溶液中n（NaOH）=C×V=1.5mol，则有：2＞ = ＞1，则反应的可能方程式有：CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O，CO2+NaOH=NaHCO3，所以：所得产物为Na2CO3和NaHCO3，设所得产物中含Na2CO3为xmol，NaHCO3为ymol，则得方程组：

x + y = 1 ，2x + y = 1.5，解得：x=0.5，y=0.5，在含等物质的量的碳酸钠、碳酸氢钠的溶液中，c（Na+）最大，碳酸根离子水解大于碳酸氢根离子的水解，则c（HCO3-）＞c（CO32-），水解使溶液显碱性，则c（OH-）＞c（H+），显性离子大于隐性离子，所以c（HCO3-）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（H+），即离子浓度大小为c（Na+）＞c（HCO3-）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（H+），故答案为：c（Na+）＞c（HCO3-）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（H+）。