Question

甲烷、甲醇都是重要的燃料，都有廣闊的應(yīng)用前景．

（1）工業(yè)上一般以CO和H₂為原料合成甲醇，該反應(yīng)的熱化學(xué)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(yīng)的反應(yīng)速率的是

 

．
A．隨時(shí)將CH₃OH與反應(yīng)混合物分離    B．降低反應(yīng)溫度
C．增大體系壓強(qiáng)    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(shí)的熱化學(xué)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(shí)CO的物質(zhì)的量均為2mol）與CO平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系．請(qǐng)回答：
（I）在上述三種溫度中，曲線Z對(duì)應(yīng)的溫度是

 

．
（Ⅱ）利用圖中a點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，計(jì)算出曲線Z在對(duì)應(yīng)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(xué)想在圖3中實(shí)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(yīng)式是

 

；當(dāng)銅電極的質(zhì)量減輕3.2g時(shí)，消耗的CH₄在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為

 

L．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,熱化學(xué)方程式,常見化學(xué)電源的種類及其工作原理,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素

專題：化學(xué)平衡專題,化學(xué)反應(yīng)速率專題,電化學(xué)專題

分析：（1）①升高溫度、增大壓強(qiáng)、使用催化劑等均可加快反應(yīng)速率；
②根據(jù)蓋斯定律和題中熱化學(xué)方程式寫出甲醇完全燃燒生成二氧化碳的熱化學(xué)方程式；
③（I）合成甲醇的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，轉(zhuǎn)化率降低；
（Ⅱ）由平衡常數(shù)表達(dá)式和一氧化碳的轉(zhuǎn)化率求算；
（2）圖3實(shí)現(xiàn)鐵上鍍銅，金屬鐵是陰極，金屬銅作陽(yáng)極，a為負(fù)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(fù)極，負(fù)極上是燃料發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)，在堿性環(huán)境下，甲烷失電子，并結(jié)合電子守恒計(jì)算．

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

c(CH3OH)

c(CO)×c(H2)2

，
a點(diǎn)時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率50%，反應(yīng)消耗了2mol×50%=1molCO，消耗氫氣2mol，反應(yīng)開始前氫氣3mol，CO 2mol，
剩余1molCO，n（H₂）=3mol-2mol=1mol，生成1mol甲醇，
a點(diǎn)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(shí)現(xiàn)鐵上鍍銅，金屬鐵是陰極，金屬銅作陽(yáng)極，a為負(fù)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(fù)極，負(fù)極上是燃料發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)，在堿性環(huán)境下，甲烷失電子的反應(yīng)為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，銅電極的質(zhì)量減輕3.2g時(shí)，根據(jù)電極反應(yīng)Cu-2e^-=Cu²⁺，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是3.2g/64g/mol=0.1mol，此時(shí)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(diǎn)評(píng)：本題考查較綜合，涉及影響反應(yīng)速率的因素及反應(yīng)平衡常數(shù)的計(jì)算、熱化學(xué)方程式的書寫、電化學(xué)等知識(shí)，側(cè)重學(xué)生分析能力及計(jì)算能力的考查，注意習(xí)題中圖象與理論的結(jié)合，把握化學(xué)反應(yīng)原理即可解答，題目難度中等．