1、题型专练12015课标全国，27甲醇既是重要的化工原料，又可作为燃料，利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇，发生的主要反应如下：CO(g)2H2(g)CH3OH(g)H1CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)H2CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)H3回答下列问题：(1)已知反应中相关的化学键键能数据如下：化学键HHCOCOHOCHE/(kJmol1)4363431 076465413由此计算H1_kJmol1；已知H258 kJmol1，则H3_kJmol1。(2)(1)反应的化学平衡常数K表达式为_；图1中能正确反映平衡常数K随温度变化关系
2、的曲线为_(填曲线标记字母)，其判断理由是_。图1图2(3)合成气组成n(H2)/n(COCO2)2.60时，体系中的CO平衡转化率()与温度和压强的关系如图2所示。(CO)值随温度升高而_(填“增大”或“减小”)，其原因是_；图2中的压强由大到小为_，其判断理由是_。解析(1)根据反应，H1E(CO)2E(HH)3E(CH)E(CO)E(HO)1 076 kJmol12436 kJmol13413 kJmol1343 kJmol1465 kJmol1 99 kJmol1；根据盖斯定律，可得反应，H3H2H158 kJmol1(99 kJmol1)41 kJmol1。(2)根据化学平衡常数的概
3、念可写出反应K的表达式；反应是放热反应，升高温度，化学平衡向逆反应方向移动，化学平衡常数K减小，因此曲线a符合。(3)由图2可知，压强不变时，随着温度的升高，(CO)减小；反应为气体分子数不变的反应，加压对其平衡无影响；反应为气体分子数减小的反应，加压使(CO)增大；由图2可知，固定温度(如530 K)时，p1p2p3，(CO)增大，因此综合分析可知p3p2p1。答案(1)9941(2)Ka反应为放热反应，升高温度使其平衡向逆反应方向移动，平衡常数K应减小(3)减小由图2可知，压强恒定时，随着温度的升高，(CO)减小p3p2p1温度恒定时，反应为气体分子数减小的反应，加压使平衡向正反应方向移动
4、，(CO)增大，而反应为气体分子数不变的反应，加压对其平衡无影响，故增大压强时，有利于(CO)增大2随着国际油价不断攀升，合成CH3OH替代汽油的研究成为热点。(1)目前工业上常用天然气作合成CH3OH的原料气。已知常温常压下发生下列反应：CH4(g)O2(g)CO(g)H2(g)H2O(g)H321.5 kJmol1CH4(g)H2O(g)CO(g)3H2(g)H250.3 kJmol1CO(g)2H2(g)CH3OH(g)H90.0 kJmol1CH4(g)与O2(g)反应生成CH3OH(g)的热化学方程式为_。(2)工业上还有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。反应的热化学方程式为CO2(
5、g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)H49.0 kJmol1，为探究反应原理，现进行如下实验，在体积为2 L的密闭容器中，充入6 mol CO2和8 mol H2，测得H2的物质的量随时间的变化如图中曲线所示。下列时间段内平均反应速率最小的是_(填字母)。A01 minB13 minC38 minD811 min仅改变某一实验条件再进行两次实验，测得H2的物质的量随时间变化如图中曲线、所示，曲线对应改变的实验条件是_。曲线对应改变的实验条件是_。根据图中曲线上所标数据，该反应达到平衡时，放出热量为_kJ，该条件下的平衡常数K_。下列措施中能使n(CH3OH)/n(CO2)(n为物质的量
6、)增大的是_。A升高温度B充入He(g)，使体系压强增大C将H2O(g)从体系中分离D再充入1 mol CO2和3 mol H2(3)“甲醇过氧化氢燃料电池”的结构主要包括燃料腔、氧化剂腔和质子交换膜三部分，放电过程中其中一个腔生成了二氧化碳。放电过程中氢离子生成的反应，发生在_腔中，该腔中的电极反应为_。放电过程中，若消耗1.5 mol H2O2，则生成的二氧化碳在标准状况下的体积为_L。解析(1)发生反应的化学方程式为2CH4O22CH3OH，该化学方程式可由热化学方程式热化学方程式热化学方程式2得到，根据盖斯定律对应的反应热H(321.5 kJmol1)250.3 kJmol1(90.0
7、 kJmol1)2251.2 kJmol1。(2)由图像可知，浓度越小，反应速率越慢。分析该反应知，正反应是放热反应，且正反应是气体分子数之和减小的反应。由图像知，比先达平衡，且平衡时H2的物质的量变大，平衡向逆反应方向移动，所以采取的是升高温度的方法；比先达平衡，且平衡时H2的物质的量变小，平衡向正反应方向移动，所以采取的是增大压强的方法。由图像知，H2转化了6 mol，所以共放出热量2 mol49 kJmol198 kJ；平衡时各组分的物质的量分别为n(CO2)4 mol，n(H2)2 mol，n(CH3OH)2 mol，n(H2O)2 mol，所以各组分的浓度分别为c(CO2)2 mol
8、L1，c(H2)1 molL1，c(CH3OH)1 molL1，c(H2O)1 molL1所以平衡常数K L2mol2。A项，升高温度，平衡向逆反应方向移动，n(CH3OH)/n(CO2)变小；B项，充入He使压强变大，但体积不变，所以各组分浓度不变，平衡不移动，n(CH3OH)/n(CO2)不变；C项，将H2O(g)从体系中分离，平衡向正反应方向移动，n(CH3OH)/n(CO2)变大；D项，再充入1 mol CO2和3 mol H2，压强变大，平衡会在原有的基础上向气体分子数减小的方向移动，即平衡向正反应方向移动，所以n(CH3OH)/n(CO2)变大。(3)该电池的总反应为CH3OH3H
9、2O2=CO25H2O，负极中燃料发生氧化反应，根据总反应写出负极反应式。由总反应可知：3H2O2CO2，所以n(CO2)0.5 mol，标准状况下V(CO2)0.5 mol22.4 Lmol111.2 L。答案(1)2CH4(g)O2(g)2CH3OH(g)H251.2 kJmol1(2)D升高温度增大压强98L2mol2CD(3)燃料CH3OH6eH2O=CO26H11.23可燃冰的主要成分是甲烷，甲烷既是清洁燃料，也是重要的化工原料。(1)甲烷和二氧化碳重整制合成气对温室气体的治理具有重大意义。已知：CH4(g)CO2(g)2CO(g)2H2(g)H247.3 kJmol1CH4(g)C
10、(s)2H2(g)H75 kJmol1反应2CO(g)=C(s)CO2(g)在_(填“高温”或“低温”)下能自发进行。合成甲醇的主要反应是：2H2(g)CO(g)CH3OH(g)H90.8 kJmol1，T 时此反应的平衡常数为160。此温度下，在密闭容器中开始只充入CO、H2，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：物质H2COCH3OH浓度/(molL1)0.200.100.40比较此时正、逆反应速率的大小：v(正)_v(逆)(填“”、“”或“”)。生产过程中，合成气要进行循环，其目的是_。在一固定容积的密闭容器中发生反应2H2(g)CO(g)CH3OH(g)，若要提高CO的转化率，则可以采取的
11、措施是_。(填序号)a升温b加入催化剂c增加CO的浓度d加入H2加压e加入惰性气体加压f分离出甲醇(2)以甲烷为燃料的新型电池的成本大大低于以氢为燃料的传统燃料电池，右图是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池的工作原理示意图。B极为电池的_极，该电极的反应式为_。若用该燃料电池作电源，用石墨作电极电解100 mL 1 molL1的硫酸铜溶液，当两极收集到的气体体积相等时，理论上消耗甲烷的体积为_(标准状况下)。解析(1)用已知的第二个热化学方程式减去第一个热化学方程式得：2CO(g)=C(s)CO2(g)H75 kJmol1247.3 kJmol1172.3 kJmol1。该反应的H0，S0，
12、欲使反应能自发进行必须符合复合判据GHTSv(逆)；因为该反应是可逆反应，为了提高原料的利用率，合成气要进行循环。因该反应的H提高原料的利用率df(2)负CH44O28e=CO22H2O1.12 L对点回扣书写电极反应式的三注意(1)阳极规律有两个：若阳极为活性电极(除Pt、Au外的金属作电极)电极本身失电子被氧化，电解质溶液中的阴离子不参与电极反应；若阳极为惰性电极，电解质溶液中还原性强的阴离子先放电。(2)阴极规律有两个：电极本身不参加反应；电解质溶液中氧化性强的离子先得电子。(3)书写电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总反应时，弱电解质要写成分子式。如惰性电极电解NaOH溶液，阳极发生氧化反应，电极反应为4OH4e=2H2OO2；阴极发生还原反应，电极反应为4H4e=2H2，总反应为2H2O2H2O2。
