Question

11．工業(yè)上可用甲烷和氧氣在200℃和10MPa的條件下，通過銅制管道反應(yīng)制得甲醇：2CH₄+O₂═2CH₃COH．
（1）已知一定條件下，CH₄和CH₃COH燃燒的熱化學(xué)方程式分別為：
CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890.3kJ/lmol
CH₃COH（g）+l.5O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g ）△H=-677kJ/mol
則2CH₄（g）+O₂（g）═2CH₃OH（g）△H=-250kJ/mol
（2）甲烷固體氧化物燃料電池屬于第三代燃料電池，是一種在高溫下直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能高效、環(huán)境友好地轉(zhuǎn)化成電能的全固態(tài)化學(xué)發(fā)電裝置．其工作原理如圖1所示．①a是電池的正極（填“正”或“負(fù)”），②b極的電極反應(yīng)式為CH₄+4O₂-8e^-=CO₂+2H₂O．
（3）工業(yè)上合成甲醇的另一種方法為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90kJ/mol
T℃時(shí)，將2mol CO 和4molH₂充入1L 的密閉容器中，測得H₂的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖2實(shí)線所示．
①能用于判斷反應(yīng)已達(dá)化學(xué)平衡狀態(tài)的是AB．
A．氣體的總壓強(qiáng)不再改變
B．H₂與CH₃OH的體積比不再改變
C．氣體的密度不再改變
D．單位時(shí)間內(nèi)消耗lmol CO，同時(shí)生成lmol CH₃OH
②請計(jì)算出T℃時(shí)反應(yīng)的平衡常數(shù)K=3（mol/L）²．
③僅改變某一實(shí)驗(yàn)條件再進(jìn)行兩次實(shí)驗(yàn)測得H₂的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖2中虛線所示．曲線Ⅰ對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件改變是：升高溫度；曲線Ⅱ?qū)��?yīng)的實(shí)驗(yàn)條件改變是增大壓強(qiáng)（或增大CO的濃度） 0．
④a、b、c三點(diǎn)逆反應(yīng)速率由大到小排列的順序是b＞c＞a．

Answer 1

分析 （1）①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890.3kJ/lmol
②CH₃COH（g）+l.5O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-677kJ/mol
結(jié)合蓋斯定律計(jì)算（①-②）×$\frac{1}{2}$得到熱化學(xué)方程式；
（2）原電池中負(fù)極上是燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上是氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)；
（3）①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90KJ/mol，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不再改變，由此衍生的一些物理量也不變，以此進(jìn)行判斷；
②利用三段式列式計(jì)算出各組分的濃度，再利用平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算出該反應(yīng)的平衡常數(shù)；
③由圖1可知，曲線Ⅰ最先到達(dá)平衡，平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量增大，故改變條件應(yīng)增大反應(yīng)速率且平衡向逆反應(yīng)移動；曲線Ⅱ到達(dá)平衡的時(shí)間比原平衡短，平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量減小，故改變條件應(yīng)增大反應(yīng)速率且平衡向正反應(yīng)移動；結(jié)合反應(yīng)的特征進(jìn)行分析；
④先拐先平溫度高或壓強(qiáng)大，反應(yīng)速率大；

解答 解：（1）①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890.3kJ/lmol
②CH₃COH（g）+l.5O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-677kJ/mol
結(jié)合蓋斯定律計(jì)算（①-②）×$\frac{1}{2}$得到熱化學(xué)方程式：2CH₄（g）+O₂（g）═2CH₃OH（g）△H=-250KJ/mol
故答案為：-250KJ/mol；
（2）原電池中負(fù)極上是燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上是氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，a為正極，b為負(fù)極，電極反應(yīng)式為CH₄+4O₂-8e^-=CO₂+2H₂O，
故答案為：正；CH₄+4O₂-8e^-=CO₂+2H₂O；
（3）①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90KJ/mol，
A．反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量變化，當(dāng)氣體的總壓強(qiáng)不再改變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A正確；
B．H₂與CH₃OH的體積比不再改變，說明正逆反應(yīng)速率相同，故B正確；
C．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量和體積不變，氣體密度始終不變，氣體的密度不再改變不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；
D．單位時(shí)間內(nèi)消耗lmol CO，同時(shí)生成lmol CH₃OH，反應(yīng)正向進(jìn)行，故D錯(cuò)誤
故答案為：AB；
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）    2            4                     0
變化量（mol/L）   1.5           3                   1.5
平衡量（mol/L）   0.5          1                    1.5
K=$\frac{1.5}{0.5×{1}^{3}}$（mol/L）²=3（mol/L）² ，
故答案為：3（mol/L）²；
③對于可逆反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90KJ/mol，正反應(yīng)是體積減小的放熱反應(yīng)；由圖1可知，曲線Ⅰ最先到達(dá)平衡，平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量增大，故改變條件應(yīng)增大反應(yīng)速率且平衡向逆反應(yīng)移動，可以采取的措施為：升高溫度；曲線Ⅱ到達(dá)平衡的時(shí)間比原平衡短，平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量減小，故改變條件應(yīng)增大反應(yīng)速率且平衡向正反應(yīng)移動，可以采取的措施為：增大壓強(qiáng)或者是增大CO₂濃度，
故答案為：升高溫度；增大壓強(qiáng)（或增大CO的濃度）；
  ④圖象分析可知，先拐先平溫度高或壓強(qiáng)大，反應(yīng)速率大，a、b、c三點(diǎn)逆反應(yīng)速率由大到小排列的順序是：b＞c＞a，
故答案為：b＞c＞a；

點(diǎn)評 本題考查熱化學(xué)方程式書寫、化學(xué)平衡圖象、反應(yīng)速率大小判斷、外界條件對平衡的影響等，題目難度不大，注意圖象1中利用“先拐先平”，即曲線先折拐的首先達(dá)到平衡，以此判斷溫度或壓強(qiáng)的高低，再依據(jù)外界條件對平衡的影響解答．