Question

甲醇被稱為21世紀(jì)的新型燃料，工業(yè)上用CH₄和H₂O為原料通過(guò)下列反應(yīng)①和②，來(lái)制備甲醇。

①CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g)  DH₁

②CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)  DH₂

    將0.20 mol CH₄和0.30 mol H₂O(g)通入容積為10 L的密閉容器中，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)①，達(dá)到平衡時(shí)，CH₄的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如右圖。

⑴溫度不變，縮小體積，①的逆反應(yīng)速率      (填“增大”、“減小”或“不變”)。

    ⑵反應(yīng)①的DH₁       0(填“＜”“=”或“＞”)100°C時(shí)的平衡常數(shù)值K=      。

    ⑶在壓強(qiáng)為0.1Mpa條件下，將amolCO與3amolH₂的混合氣體在催化劑作用下進(jìn)行反應(yīng)②再生成甲醇。為了發(fā)尋找合成甲醇的適宜的溫度和壓強(qiáng)，某同學(xué)設(shè)計(jì)了二組實(shí)驗(yàn)，部分實(shí)驗(yàn)條件已經(jīng)填在下面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表中。請(qǐng)?jiān)诳崭裰刑钊胧Ｓ嗟膶?shí)驗(yàn)條件數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	T(°C)	n(CO)/n(H2)	p(MPa)
I	150	1/3	0.1
II			5
III	350		5

    300°C時(shí)，其他條件不變，將容器的容積壓縮到原來(lái)的1/2，對(duì)平衡體系產(chǎn)生的影響是(填字母)（     ）

            A．c(H₂)減少                                     B．正反應(yīng)速率加快，逆反應(yīng)速率減慢

            C．CH₃OH的物質(zhì)的量增加              D．重新平衡時(shí)c(H₂)/c(CH₂OH)減小

    ⑷已知在常溫常壓下：

       ①2CH₃OH(l)＋3O₂(g)=2CO₂(g)＋4H₂O(g)DH=-1275.6 kJ·mol^－1

②2CO(g)＋O₂(g)=2CO₂(g)  DH=-556.0 kJ·mol^－1

③H₂O(g)=H₂O(l)DH=-44.0 kJ·mol^－1

寫(xiě)出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳的液態(tài)水的熱化學(xué)方程式                 。

    ⑸某實(shí)驗(yàn)小組依據(jù)甲醇燃燒的反應(yīng)原理，設(shè)計(jì)如右圖所示的電池裝置。

    ①該電池正極的電極反應(yīng)為                       。

②工作一段時(shí)間后，測(cè)得溶液的pH減小，該電池總反應(yīng)的化學(xué)方程式為

                                 。

Answer 1

【答案】⑴增大   ⑵＞ 1.35×10^-3

⑶CD  實(shí)驗(yàn)II 150  1/3  實(shí)驗(yàn)III 1/3

⑷CH₃OH(l)+O₂(g)CO(g)+2H₂O(g) DH= -447.8 kJ·mol^－1

⑸①O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-    2CH₃OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+6H₂O

【解析】⑴縮小容器的容積，導(dǎo)致壓強(qiáng)增大，正逆反應(yīng)速率均加快。⑵由題中圖像知溫度升高，CH₄的轉(zhuǎn)化率變大，說(shuō)明該反應(yīng)的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。

在100℃時(shí)，CH₄的轉(zhuǎn)化率為0.5，則有

CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g)

    起始：0.2mol  0.3mol      0     0

    變化：0.1mol  0.1mol     0.1mol 0.3mol

平衡：0.1mol  0.2mol     0.1mol 0.3mol

K=c(CO)×c(H₂)³/[c(CH₄)×c(H₂O)]=0.01×0.03³/(0.01×0.02)=1.35×10^-3。

⑶顯然該同學(xué)通過(guò)“控制變量法”探究外界條件對(duì)化學(xué)平衡的影響，探究的前提只能是改變一個(gè)條件，而其它條件不變，故實(shí)驗(yàn)II的溫度是150℃，n(CO)/n(H₂)=1/3，同樣實(shí)驗(yàn)III中n(CO)/n(H₂)同樣等于1/3。

由于反應(yīng)CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)是氣體體積減小的反應(yīng)，現(xiàn)體積縮小，即增大壓強(qiáng)，反應(yīng)物和生成物的濃度均增大，正逆反應(yīng)速率均加快，化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，綜上分析，選項(xiàng)C和D正確。

⑷根據(jù)蓋斯定律得(①—②+③×4)/2得CH₃OH(l)+O₂(g)CO(g)+2H₂O(g) DH= -447.8 kJ·mol^－1。

⑸根據(jù)題意該原電池反應(yīng)的總反應(yīng)式為2CH₃OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+6H₂O，故導(dǎo)致溶液的pH減小。

【考點(diǎn)】化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡   電解質(zhì)溶液