甲醇是一种很好的燃料,工业上用CH4和H2O为原料,通过反应Ⅰ和Ⅱ来制备甲醇.

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  • 解题思路:(1)①根据v=

    △c

    △t]计算氢气的平均反应速率;

    ②该反应是反应前后气体体积增大的反应,相同温度下,增大压强,平衡向气体体积减小的方向移动,根据甲烷的转化率确定压强大小;平衡常数等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积之比;

    ③一定压强下,升高温度平衡向吸热反应方向移动,根据转化率判断反应热;

    (2)④容器容积不变,增加甲醇产率,平衡向正反应移动,根据外界条件对平衡的影响分析.

    ⑤采取控制变量法,探究合成甲醇的温度和压强的适宜条件,据此判断n、m的值.

    ⑥根据定一议二原则,定温度同,再比较压强,即作垂直x轴的辅助线,比较平衡时CO的转化率,由此判断;

    (3)根据CO和CH3OH的燃烧热先书写热方程式,再利用盖斯定律来分析甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式;

    (4)在燃料电池中,燃料是通入负极,甲醇在负极被氧化,氧气通入正极,在正极得电子被还原,在酸性环境下,正极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O,电池总反应式为2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O,转移电子是12mol,以此解答该题

    (1)①根据v(H2)=3v(CH4)=3×

    1.0mol×0.5

    100L

    5min=0.0030mol•L-1•min-1,故答案为:0.0030mol•L-1•min-1

    ②根据化学方程式可以得出,增大压强,化学平衡逆向移动,甲烷的转化率减小,可以去200℃来分析,发现甲烷的转化率是p1时大于p2时的,所以P1<P2

    CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)

    初始浓度:0.01 0.02 0 0

    变化浓度:0.0050.005 0.005 0.015

    平衡浓度:0.0050.015 0.005 0.015

    100℃时平衡常数=

    0.005×(0.015)3

    0.005×0.015(mol/L)2=2.25×10-4(mol/L)2

    故答案为:<;2.25×10-4

    ③一定压强下,升高温度平衡向正反应方向移动,则正反应是吸热反应,所以△H>0;故答案为:>;

    (2)④A、该反应为放热反应,升高温度,平衡向吸热方向移动,即向逆反应方向移动,甲醇的产率降低,故A错误;

    B、将CH3OH(g)从体系中分离,产物的浓度降低,平衡向正反应移动,甲醇的产率增加,故B正确;

    C、充入He,使体系总压强增大,容器容积不变,反应混合物各组分浓度不变,平衡不移动,甲醇的产率不变,故C错误;

    D、再充入1mol CO和3mol H2,可等效为压强增大,平衡向体积减小的方向移动,即向正反应方向移动,甲醇的产率增加,故D正确.

    故选:BD

    ②A、采取控制变量法,探究合成甲醇的温度和压强的适宜条件,所以温度、压强是变化的,

    n(CO)

    n(H2)应保持不变,所以b=[1/3],比较使用1、2,压强不同,所以温度应相同,故a=150,故答案为:a=150,b=[1/3];

    ③温度相同时,作垂直x轴的辅助线,发现压强为Py的CO的转化率高,反应为前后体积减小的反应,压强增大平衡向体积减小的方向移动,即向正反应移动,所以Px<Py,所以压强Px=0.1MPa.

    故答案为:0.1;

    (3)由CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热△H分别为-283.0kJ•mol-1和-726.5kJ•mol-1,则

    ①CO(g)+[1/2]O2(g)=CO2(g)△H=-283.0kJ•mol-1

    ②CH3OH(l)+[1/2]O2(g)=CO2(g)+2 H2O(l)△H=-726.5kJ•mol-1

    由盖斯定律可知,②-①得反应CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2 H2O(l),则△H=-726.5kJ•mol-1-(-283.0kJ•mol-1)=-443.5kJ•mol-1

    故答案为:CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)△H=-443.5kJ•mol-1

    (4)A.电池总反应式为2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O,转移电子是12mol,即1mol CH3OH完全反应转移6mol电子,所以当电池反应消耗了2mol甲醇时,转移了12NA个e-

    ,故A正确;

    B.燃料是通入负极,甲醇在负极被氧化,在酸性环境下,负极反应:CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+,故B正确;

    C.在原电池中,H+向正极移动,故C错误;

    D.在电池反应中,每消耗1mol氧气,理论上能生成标准状况下CO2气体[44.8/3L,故D错误;故选AB.

    点评:

    本题考点: 化学平衡的影响因素;热化学方程式;化学电源新型电池;反应速率的定量表示方法.

    考点点评: 本题考查化学反应速率、平衡常数、化学平衡计算、盖斯定律、化学平衡的影响因素、电化学及读图能力等,综合性较大,难度中等,知识面广,应加强平时知识的积累.注意控制变量法与定一议二原则应用.

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