【題目】甲醇可作為燃料電池的原料。CH4H2O為原料,通過下列反應(yīng)來制備甲醇。

CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) △H=+206.0kJ·mol-1

CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H =-129.0kJ·mol-1

(1)CH4(g)H2O(g)反應(yīng)生成CH3OH (g)H2(g)的熱化學(xué)方程式為______________。

(2)1.0molCH42.0molH2O(g)通入容積為100 L的反應(yīng)室,在一定條件下發(fā)生反應(yīng),測得在一定的壓強(qiáng)下CH4的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如下圖。

假設(shè)100℃時達(dá)到平衡所需的時間為5min則用H2表示該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率為_______。

(3)在壓強(qiáng)為0.1MPa、溫度為300℃條件下,將amolCO3amol H2的混合氣體在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)Ⅱ生成甲醇,平衡后將容器的容積壓縮到原來的,其他條件不變,對平衡體系產(chǎn)生的影響是__________(填字母序號)。

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.重新平衡減小 E.平衡常數(shù)K增大

(4)1mol甲醇完全燃燒產(chǎn)生氣體通入1L1.5mol/LNaOH溶液反應(yīng),反應(yīng)后的溶液中各離子濃度大小關(guān)系為____________________

【答案】 CH4(g)+H2O(g)=CH3OH(g)+H2(g) ΔH=+77kJ·mol-1 3×10-3 C D c (Na+) >c (HCO3-) > (CO32-) >c (OH- ) > (H+)

【解析】1.Ⅰ:CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) H=+206.0kJ·mol-1

Ⅱ:CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) H =-129.0kJ·mol-1

依據(jù)蓋斯定律Ⅰ+Ⅱ得到CH4(g)+H2O(g)=CH3OH(g)+H2(g) ΔH=+77kJ·mol-1,故答案為:CH4(g)+H2O(g)=CH3OH(g)+H2(g) ΔH=+77kJ·mol-1

2.1.0mol CH42.0mol H2O(g)通入容積固定為100L的反應(yīng)室,在一定條件下發(fā)生反應(yīng)I,由圖象可知100℃甲烷轉(zhuǎn)化率為50%,故參加反應(yīng)的甲烷為1mol×50%=0.5mol,則:

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

起始量(mol):1.0 2.0 0 0

變化量(mol):0.5 0.5 0.5 1.5

平衡量(mol):0.5 1.5 0.5 1.5

假設(shè)100時達(dá)到平衡所需的時間為5min,則用H2表示該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率==3×10-3 molL-1min-1,故答案為:3×10-3 molL-1min-1;

3. A.平衡后將容器的容積壓縮到原來的,壓強(qiáng)增大平衡向正反應(yīng)方向移動,生成物的濃度增大由于平衡常數(shù)不變,結(jié)合平衡常數(shù)可知,平衡時反應(yīng)物各組分的濃度都增大A錯誤;

B. 壓強(qiáng)增大正逆反應(yīng)速率都增大,但正反應(yīng)速率增大更多,B錯誤;

C. 壓強(qiáng)增大,平衡向正反應(yīng)方向移動,CH3OH的物質(zhì)的量增加,C正確;

D. 壓強(qiáng)增大,平衡向正反應(yīng)方向移動,氫氣的物質(zhì)的量減小甲醇的物質(zhì)的量增大,故重新平衡時減小,D正確

E. 平衡常數(shù)只受溫度影響,溫度不變,平衡常數(shù)不變,E錯誤;

故答案為C D;

4.1mol甲醇完全燃燒產(chǎn)生氣體n CO2=1mol1L、1.5molL-1NaOH溶液中nNaOH=C×V=1.5mol,則有:2 = 1,則反應(yīng)的可能方程式有:CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+NaOH=NaHCO3,所以:所得產(chǎn)物為Na2CO3NaHCO3,設(shè)所得產(chǎn)物中含Na2CO3xmol,NaHCO3ymol,則得方程組:

x + y = 1 2x + y = 1.5,解得:x=0.5,y=0.5,在含等物質(zhì)的量的碳酸鈉、碳酸氫鈉的溶液中,cNa+)最大,碳酸根離子水解大于碳酸氫根離子的水解,則cHCO3-)>cCO32-),水解使溶液顯堿性,則cOH-)>cH+),顯性離子大于隱性離子,所以cHCO3-)>cCO32-)>cOH-)>cH+),即離子濃度大小為cNa+)>cHCO3-)>cCO32-)>cOH-)>cH+),故答案為:cNa+)>cHCO3-)>cCO32-)>cOH-)>cH+)。

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