Question

甲烷、甲醇都是重要的燃料，都有广阔的应用前景．

（1）工业上一般以CO和H₂为原料合成甲醇，该反应的热化学方程式为：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H₁=-116kJ?mol^-1
①下列措施中有利于增大该反应的反应速率的是

 

．
A．随时将CH₃OH与反应混合物分离    B．降低反应温度
C．增大体系压强    D．使用高效催化剂
②已知：CO（g）+1/2O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-283kJ?mol^-1，H₂（g）+1/2O₂（g）=H₂O（g）△H₃=-242kJ?mol^-1，则表示1mol气态甲醇完全燃烧生成CO₂和水蒸气时的热化学方程式为

 

．
③在容积为2L的恒容容器中，分别研究在230℃、250℃和270℃三种温度下合成甲醇．图1是上述三种温度下不同的H₂和CO的起始组成比（起始时CO的物质的量均为2mol）与CO平衡转化率的关系．请回答：
（I）在上述三种温度中，曲线Z对应的温度是

 

．
（Ⅱ）利用图中a点对应的数据，计算出曲线Z在对应温度下CO（g））+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常数：K=

 

．
（2）图2是甲烷燃料电池（电解质溶液为KOH溶液）的结构示意图，某同学想在图3中实现铁上镀铜，则b处通入的是

 

（填“CH₄”或“O₂”），a处电极上发生的电极反应式是

 

；当铜电极的质量减轻3.2g时，消耗的CH₄在标准状况下的体积为

 

L．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,热化学方程式,常见化学电源的种类及其工作原理,化学平衡常数的含义,化学反应速率的影响因素

专题：化学平衡专题,化学反应速率专题,电化学专题

分析：（1）①升高温度、增大压强、使用催化剂等均可加快反应速率；
②根据盖斯定律和题中热化学方程式写出甲醇完全燃烧生成二氧化碳的热化学方程式；
③（I）合成甲醇的反应是放热反应，温度升高，转化率降低；
（Ⅱ）由平衡常数表达式和一氧化碳的转化率求算；
（2）图3实现铁上镀铜，金属铁是阴极，金属铜作阳极，a为负极，b为正极，在燃料电池中通入氧气的电极b是正极，a是负极，负极上是燃料发生失去电子的氧化反应，在碱性环境下，甲烷失电子，并结合电子守恒计算．

解答： 解：（1）①A、随时将CH₃OH与反应混合物分离，没有改变反应速率，故A错误；
B、温度降低，反应速率变小，故B错误；
C、压强增大，反应速率加快，故C正确；
D、使用催化剂，反应速率加快，故D正确；
故答案为：CD；
②根据反应①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-116kJ?mol^-1，
②CO（g）+

1

2

O₂（g）═CO₂（g）△H₂=-283kJ?mol^-1，
③H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（g）△H₃=-242kJ?mol^-1 ，
根据盖斯定律：①-②-③×2得：CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-651kJ?mol^-1，
故答案是：CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-651kJ?mol^-1；
③（I）根据反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-116kJ?mol^-1，是放热反应，温度越高，转化率越低，所以曲线Z对应的温度是270℃，故答案是：270℃；
（Ⅱ）该反应的平衡常数K=

c(CH3OH)

c(CO)×c(H2)2

，
a点时，CO转化率50%，反应消耗了2mol×50%=1molCO，消耗氢气2mol，反应开始前氢气3mol，CO 2mol，
剩余1molCO，n（H₂）=3mol-2mol=1mol，生成1mol甲醇，
a点各组分的浓度是：c（CH₃OH）=

1mol

2L

=0.5mol/L，c（CO）=

1mol

2L

=0.5mol/L，c（H₂）=

1mol

2L

=0.5mol/L，
则K=

0.5

0.5×(0.5)2

=4L²?mol^-2，故答案为：4L²?mol^-2；
（2）图3实现铁上镀铜，金属铁是阴极，金属铜作阳极，a为负极，b为正极，在燃料电池中通入氧气的电极b是正极，a是负极，负极上是燃料发生失去电子的氧化反应，在碱性环境下，甲烷失电子的反应为：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，铜电极的质量减轻3.2g时，根据电极反应Cu-2e^-=Cu²⁺，转移电子的物质的量是3.2g/64g/mol=0.1mol，此时消耗的CH₄的体积是

0.1

8

mol×22.4L/mol=0.28L，故答案为：O₂；CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；0.28．

点评：本题考查较综合，涉及影响反应速率的因素及反应平衡常数的计算、热化学方程式的书写、电化学等知识，侧重学生分析能力及计算能力的考查，注意习题中图象与理论的结合，把握化学反应原理即可解答，题目难度中等．