Question

【题目】合成气的主要成分是一氧化碳和氢气，可用于合成甲醇、二甲醚等清洁燃料。从天然气获得合成气过程中可能发生的反应有：

①CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) △H1＝＋206.1 kJ/mol

②CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) △H2＝＋247.3 kJ/mol

③CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) △H3

请回答下列问题：

(1)在一密闭容器中进行反应①，测得CH4的物质的量浓度随反应时间的变化如图所示：

则反应前5min的平均反应速率v(H2)＝______。10min时，改变的外界条件可能是_______(填代号)。

A.压缩体积 B.增大体积 C.升高温度 D.加入催化剂

(2)如图所示，在甲、乙两容器中分别充入等物质的量的CH4和CO2，使甲、乙两容器初始容积相等。在相同温度下发生反应②，并维持反应过程中温度不变。

已知甲容器中CH4的转化率随时间变化的图像如图所示，请在图中画出乙容器中CH4的转化率随时间变化的图像_______。

(3)反应③中△H3＝________。800℃时，反应③的化学平衡常数K＝1.0，某时刻测得该温度下的密闭容器中各物质的物质的量见表：

CO	H2O	CO2	H2
0.5mol	8.5mol	2.0mol	2.0mol

此时反应③中正、逆反应速率的关系式是________(填代号)。

a.v(正)>v(逆) b.v(正)<v(逆) c.v(正)＝v(逆) d.无法判断

(4)800K时向下列三个密闭容器中各充入2 mol H2、1 mol CO，发生反应：2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g) △H<0，若三容器初始体积相同，甲容器在反应过程中保持压强不变，乙容器保持体积不变，丙容器维持绝热，三容器各自建立化学平衡。

甲. 乙. 丙.

①达到平衡时，平衡常数K(甲)________K(乙)；K(乙)________K(丙)(填“＞”、“＜”或“＝”)。

②达到平衡时H2的浓度c(H2)(甲)________c(H2)(乙)；c(H2)(乙)________c(H2)(丙)(填“＞”、“＜”或“＝”)。

(5)在以甲醇为燃料的电池中，电解质溶液为碱性，负极的电极反应式为_________，甲醇应用于燃料电池比甲醇直接用作燃料燃烧的优点是_______(回答一条即可)。

Answer 1

【答案】0.3mol·L-1·min-1 BC - 41.2 kJ/mol a = ＞ ＞ ＜ CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O 能量转化效率高或水、电、热联供等

【解析】

（1）根据图可知，前5min之内，甲烷的浓度变化量为0.5mol/L，v(CH4)==0.1mol·L-1·min-1，反应速率等于其化学计量数之比，v(H2)=3v(CH4)= 0.3mol·L-1·min-1，10min时甲烷的浓度继续减小，且反应速率增大，该反应向正反应方向移动，而该反应为吸热反应，且反应前后气体分子数增大的反应，则增大体积、升高温度符合题意，选BC；故答案为：0.3mol·L-1·min-1；BC；

（2）甲、乙两容器中分别充入等物质的量的CH4和CO2，且甲、乙两容器初始容积相等，由图可知，甲的体积不变，乙的压强不变，则假定甲不变，乙中发生CH4+CO22CO+2H2，其体积增大，则相当于压强减小，化学平衡向正反应方向移动，乙容器中CH4的转化率增大，但压强小，反应速率减慢，则达到平衡的时间变长，则乙中CH4的转化率随时间变化的图象为：；故答案为：；

（3）已知，①CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) △H1＝＋206.1 kJ/mol

②CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) △H2＝＋247.3 kJ/mol

③CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) △H3

由盖斯定律可得：①-②可得③反应，△H3＝△H1-△H2＝206.1 kJ/mol-247.3 kJ/mol＝- 41.2 kJ/mol，由表格中的数据可知，气体的体积相同，则物质的量与浓度成正比，Qc=< K＝1.0，该反应向正反应方向移动，则正反应速率大于逆反应速率，选a；故答案为：

- 41.2 kJ/mol ；a；

（4）①800K时，平衡常数不变，甲乙容器温度不变，平衡常数不变，丙容器绝热，温度升高平衡逆向进行，平衡常数减小，

K(甲=K(乙)，K(乙)> K(丙)；故答案为：=；＞；

②达到平衡时都和乙容器中的H2浓度比较，依据平衡移动原理，甲容器在反应过程中保持压强不变，容器体积减小，H2浓度增大，乙容器保持体积不变，随着反应的进行压强减小，丙容器维持绝热反应过程，温度升高平衡逆向进行H2度增大， 所以达到平衡时，

c(H2)(甲)>c(H2)(乙)；c(H2)(乙)<c(H2)(丙)，故答案为：>；<；

（5）甲醇为燃料的电池中，甲醇为负极，失去电子，发生氧化反应，氧气为正极，得到电子，发生还原反应，电解质溶液为碱性时，负极的电极反应式为：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，甲醇应用于燃料电池比甲醇直接用作燃料燃烧的优点为能量转化效率高，水、电、热联供等优点；故答案为：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；能量转化效率高或水、电、热联供等。