Question

甲烷、甲醇都是重要的燃料，都有廣闊的應用前景．

（1）工業(yè)上一般以CO和H₂為原料合成甲醇，該反應的熱化學方程式為：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H₁=-116kJ?mol^-1
①下列措施中有利于增大該反應的反應速率的是

 

．
A．隨時將CH₃OH與反應混合物分離    B．降低反應溫度
C．增大體系壓強    D．使用高效催化劑
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，則表示1mol氣態(tài)甲醇完全燃燒生成CO₂和水蒸氣時的熱化學方程式為

 

．
③在容積為2L的恒容容器中，分別研究在230℃、250℃和270℃三種溫度下合成甲醇．圖1是上述三種溫度下不同的H₂和CO的起始組成比（起始時CO的物質(zhì)的量均為2mol）與CO平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系．請回答：
（I）在上述三種溫度中，曲線Z對應的溫度是

 

．
（Ⅱ）利用圖中a點對應的數(shù)據(jù)，計算出曲線Z在對應溫度下CO（g））+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常數(shù)：K=

 

．
（2）圖2是甲烷燃料電池（電解質(zhì)溶液為KOH溶液）的結(jié)構(gòu)示意圖，某同學想在圖3中實現(xiàn)鐵上鍍銅，則b處通入的是

 

（填“CH₄”或“O₂”），a處電極上發(fā)生的電極反應式是

 

；當銅電極的質(zhì)量減輕3.2g時，消耗的CH₄在標準狀況下的體積為

 

L．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,熱化學方程式,常見化學電源的種類及其工作原理,化學平衡常數(shù)的含義,化學反應速率的影響因素

專題：化學平衡專題,化學反應速率專題,電化學專題

分析：（1）①升高溫度、增大壓強、使用催化劑等均可加快反應速率；
②根據(jù)蓋斯定律和題中熱化學方程式寫出甲醇完全燃燒生成二氧化碳的熱化學方程式；
③（I）合成甲醇的反應是放熱反應，溫度升高，轉(zhuǎn)化率降低；
（Ⅱ）由平衡常數(shù)表達式和一氧化碳的轉(zhuǎn)化率求算；
（2）圖3實現(xiàn)鐵上鍍銅，金屬鐵是陰極，金屬銅作陽極，a為負極，b為正極，在燃料電池中通入氧氣的電極b是正極，a是負極，負極上是燃料發(fā)生失去電子的氧化反應，在堿性環(huán)境下，甲烷失電子，并結(jié)合電子守恒計算．

解答： 解：（1）①A、隨時將CH₃OH與反應混合物分離，沒有改變反應速率，故A錯誤；
B、溫度降低，反應速率變小，故B錯誤；
C、壓強增大，反應速率加快，故C正確；
D、使用催化劑，反應速率加快，故D正確；
故答案為：CD；
②根據(jù)反應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 ，
根據(jù)蓋斯定律：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）根據(jù)反應CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-116kJ?mol^-1，是放熱反應，溫度越高，轉(zhuǎn)化率越低，所以曲線Z對應的溫度是270℃，故答案是：270℃；
（Ⅱ）該反應的平衡常數(shù)K=

c(CH3OH)

c(CO)×c(H2)2

，
a點時，CO轉(zhuǎn)化率50%，反應消耗了2mol×50%=1molCO，消耗氫氣2mol，反應開始前氫氣3mol，CO 2mol，
剩余1molCO，n（H₂）=3mol-2mol=1mol，生成1mol甲醇，
a點各組分的濃度是：c（CH₃OH）=

1mol

2L

=0.5mol/L，c（CO）=

1mol

2L

=0.5mol/L，c（H₂）=

1mol

2L

=0.5mol/L，
則K=

0.5

0.5×(0.5)2

=4L²?mol^-2，故答案為：4L²?mol^-2；
（2）圖3實現(xiàn)鐵上鍍銅，金屬鐵是陰極，金屬銅作陽極，a為負極，b為正極，在燃料電池中通入氧氣的電極b是正極，a是負極，負極上是燃料發(fā)生失去電子的氧化反應，在堿性環(huán)境下，甲烷失電子的反應為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，銅電極的質(zhì)量減輕3.2g時，根據(jù)電極反應Cu-2e^-=Cu²⁺，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是3.2g/64g/mol=0.1mol，此時消耗的CH₄的體積是

0.1

8

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

點評：本題考查較綜合，涉及影響反應速率的因素及反應平衡常數(shù)的計算、熱化學方程式的書寫、電化學等知識，側(cè)重學生分析能力及計算能力的考查，注意習題中圖象與理論的結(jié)合，把握化學反應原理即可解答，題目難度中等．