工业上用CH4和H2O为原料通过下列反应在一定条件下制备新型燃料甲醇，反应如下：<br/>①CH4（g）+H2O（g）⇌CO（g）+3H2（g）△H1<br/>②CO（g）+2

工业上用CH4和H2O为原料通过下列反应在一定条件下制备新型燃料甲醇，反应如下：①CH4（g）+H2O（g）⇌CO（g）+3H2（g）△H1②CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）△H2请按要求回答下列问题：（1）将0.20molCH4和0.30molH2O（g）通入容积为2L的密闭容器中，在一定条件下发生反应①，达到平衡时CH4的转化率与温度、压强的关系如图1．当温度不变缩小体积时此反应的逆反应速率（填“增大”、“减小”或“不变”）______ ；△H1______ 0，pl p2（均填“＜”、“=”或“＞”）；pl、100°C时平衡常数的值K=______ ．（2）为了探究反应②合成甲醇适宜的温度和压强，某同学设计了以下三组实验，部分实验条件已经填在下面实验设计表中，请在空格中填入剩余的实验条件数据．

实验编号	T/℃	n（CO）/n（H2）	p/MPa
Ⅰ	150		0.1
Ⅱ	______	______	5
Ⅲ	300	______	______

若在300°C时其他条件不变，将该反应容器容积压缩到原来的l/2，重新平衡时CH3OH的物质的量的变化是______ ，K的变化是______ （均填“增大”，“减小”或“不变”）．（3）已知在常温常压下：2CH3OH（I）+3O2（g）═2CO2（g）+4H2O（g）△H=﹣1275.6kJ/molH2O（g）=H2O（I）△H=﹣44.0kJ/mol，请计算32g新型燃料甲醇完全燃烧生成液态水放出热量为______ kJ．（4）新型燃料甲醇还可以用做燃烧电池，其反应原理如图2所示，电池工作时电子移动方向是（极板用M、N表示）______ ，负极电极反应式为 ______ ．若以该燃料电池作为电源，用石墨作电极电解500mL饱和食盐水，当两极共收集到1.12L（标准状况下、不考虑气体的溶解及反应）时，常温下所得溶液的pH=______ （假设反应前后溶液体积不变）．

【答案】

增大；＞；＜；3.375×10﹣2 ；150；；；5（或0.1）；增大；不变；725.8；从N极经导线流向M极；CH3OH﹣6e﹣+8OH﹣=CO32﹣+6H2O；13

【解析】

（1）温度不变，缩小体积即增大压强，根据压强对反应速率的影响，增大压强，正逆反应速率都增大；由图1可知：升高温度时，CH4的转化率增大，说明平衡向正方向移动，而升高温度，平衡移动的方向是吸热方向，所以△H1＞0；对于反应①，增大压强时，平衡向逆方向移动，CH4的转化率减小，从图中可看出：温度相同时，压强为P2的CH4的转化率小，说明P1＜P2；由图1可知，由100℃平衡CH4的转化率为50%，则转化的CH4为0.2mol×50%=0.1mol，甲烷的浓度变化量为 =0.05mol/L，则：

CH4（g）+H2O（g）⇌CO（g）+3H2（g）

开始浓度（mol/L）：0.1 0.15 0 0

变化浓度（mol/L）：0.05 0.05 0.05 0.15

平衡浓度（mol/L）：0.05 0.1 0.05 0.15

所以，100℃时平衡常数k =3.375×10﹣2 ．

所以答案是：

增大；＞；＜；3.375×10﹣2 ；

（2）通过“控制变量法”探究外界条件对化学平衡的影响，探究的前提只能是改变一个条件，而其它条件不变，由此可得：Ⅱ中温度为150℃，n （CO）/n（H2）为 ， Ⅲ中n （CO）/n（H2）为 ， 压强为5（或0.1）；

其他条件不变，压缩体积即增大压强，即向正反应移动，甲醇的物质的量增加；温度不变，平衡常数也不变；

所以答案是：

实验Ⅱ：150

实验Ⅲ： 5（或0.1）

增大；不变；

（3）已知：①2CH3OH（l）+3O2（g）═2CO2（g）+4H2O（g）△H=﹣1275.6kJ/mol

②H2O（g）=H2O（l）△H=﹣44.0kJ/mol

由盖斯定律，①+②×4得2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（l），故△H=﹣1275.6kJ∕mol+（﹣44.0kJ/mol）×4=﹣1451.6kJ∕mol，

所以，新型燃料甲醇完全燃烧生成液态水的热化学方程式为：2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（l）△H=﹣1451.6 kJ∕mol，

32g甲醇的物质的量为1mol，故放出的热量为725.8kJ．

所以答案是：725.8；

（4）根据原电池原理，电子从负极流向正极，而燃料电池正极通入的是氧气，负极通入的是燃料，故电池工作时电子移动方向是从N极经导线流向M极；燃料电池负极发生的是失电子的氧化反应，生成CO2和水，CO2与OH﹣结合成

CO32﹣ ， 所以负极的电极反应为：CH3OH﹣6e﹣+8OH﹣=CO32﹣+6H2O；

电解饱和食盐水的电解方程式为：2NaCl+2H2O=Cl2↑+H2↑+2NaOH，标况下1.12L气体的物质的量为0.05mol，所以生成的Cl2和H2的物质的量均为0.025mol，则n（OH﹣）=0.025mol×2=0.05mol，C（OH﹣）= =0.1mol/L，所以，c（H+）=10﹣13mol/L，pH=13．

所以答案是：从N极经导线流向M极；CH3OH﹣6e﹣+8OH﹣=CO32﹣+6H2O；13．