Question

【题目】开发、使用清洁能源发展“低碳经济”，正成为科学家研究的主要课题．氢气、甲醇是优质的清洁燃料，可制作燃料电池．
（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写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：
（2）生产甲醇的原料CO和H2来源于：CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g） ①一定条件下CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图a．则，P1P2；A、B、C三点处对应平衡常数（KA、KB、KC）的大小顺序为 ． （填“＜”、“＞”“=”）
②100℃时，将1mol CH4和2mol H2O通入容积为1L 的反应室，反应达平衡的标志是： ．
A．容器内气体密度恒定
B．单位时间内消耗0.1mol CH4同时生成0.3mol H2
C．容器的压强恒定
D．3v正（CH4）=v逆（H2）
③如果达到平衡时CH4的转化率为0.5，则100℃时该反应的平衡常数K=
（3）某实验小组利用CO（g）、O2（g）、KOH（aq）设计成如图b所示的电池装置，负极的电极反应式为 ． 用该原电池做电源，常温下，用惰性电极电解200mL饱和食盐水（足量），消耗标准状况下的CO 224mL，则溶液的pH= （不考虑溶液体积的变化）

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

根据盖斯定律，将已知反应 ×（①﹣②+③×4）得到CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l），所以该反应的△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在图a的200℃位置，平行与纵轴画一条虚线，可见CH4的转化率P1＞P2，在CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）反应中，生成物的气体体积大于反应物，压强增大时平衡向逆向移动，故P1＜P2，平衡常数只受温度影响，压强不变升高温度，甲烷的转化率会增大，平衡正向进行，所以反应是吸热反应，温度越高，K越大，A、B、C三点处对应的温度是逐渐升高的，所以平衡常数（KA、KB、KC）的大小顺序为KC＞KB＞KA，

所以答案是：＜；KC＞KB＞KA；

②A．容器内气体密度= ，质量是守恒的，V是不变的，所以密度始终不变，当密度不变时，不一定平衡，故A错误；

B．单位时间内消耗0.1mol CH4同时生成0.3molH2，只能说明正反应速率，不能证明正逆反应速率相等，不一定平衡，故B错误；

C．反应是前后系数和变化的反应，当容器的压强恒定，则达到了平衡，故C正确；

D．3v正（CH4）=v逆（H2），能体现v（正）=v（逆），故D正确；

所以答案是：CD；

③平衡时甲烷的转化为0.5，则甲烷的浓度变化量=1mol/L×0.5=0.5mol/L，

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

故平衡常数K= =2.25，

所以答案是：2.25；（3）电解质溶液呈碱性，则负极上CO失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，负极反应式为CO﹣2e+4OH=CO32+2H2O，消耗的标准状况下的CO24mL，则CO的物质的量为 =0.01mol，则转移电子为0.02mol，电解饱和食盐水的离子方程式为：2Cl﹣+2H2O H2↑+Cl2↑+2OH﹣，由转移电子守恒可知，生成的氢氧根离子的物质的量为0.02mol，则c（OH﹣）=0.1mol/L，所以pH=13．

所以答案是：CO﹣2e+4OH=CO32+2H2O；13．

【考点精析】解答此题的关键在于理解化学平衡的计算的相关知识，掌握反应物转化率=转化浓度÷起始浓度×100%=转化物质的量÷起始物质的量×100%；产品的产率=实际生成产物的物质的量÷理论上可得到产物的物质的量×100%．