Question

【題目】甲醇可作為燃料電池的原料．以CH4和H2O為原料，通過(guò)下列反應(yīng)反應(yīng)來(lái)制備甲醇．
I：CH4 （ g ）+H2O （ g ）=CO （ g ）+3H2 （g ）△H=+206.0kJmol﹣1
II：CO （ g ）+2H2 （ g ）=CH3OH （ g ）△H=﹣129.0kJmol﹣1
（1）CH4（g）與H2O（g）反應(yīng)生成CH3OH （g）和H2（g）的熱化學(xué)方程式為 ．
（2）將1.0molCH4和2.0molH2O （g ）通入容積為100L的反應(yīng)室，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)I，測(cè)得在一定的壓強(qiáng)下CH4的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖1．①假設(shè)100℃時(shí)達(dá)到平衡所需的時(shí)間為5min，則用H2表示該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率為 ．
②100℃時(shí)反應(yīng)I的平衡常數(shù)為 ．
（3）在壓強(qiáng)為0.1Mpa、溫度為300℃條件下，將a mol CO與 3a mol 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(lái)的 ，其他條件不變，對(duì)平衡體系產(chǎn)生的影響是 （填字母序號(hào)）．
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.c （ H2 ）/c （CH3OH ）減小
E.平衡常數(shù)K增大
（4）寫(xiě)出甲醇﹣空氣﹣KOH溶液的燃料電池負(fù)極的電極反應(yīng)式： ．
（5）甲醇對(duì)水質(zhì)會(huì)造成一定的污染，有一種電化學(xué)法可消除這污染，其原理如圖2．通電后，Co2+放電變?yōu)镃o3+ ， 然后以Co3+做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO2而凈化．①寫(xiě)出陽(yáng)極電極反應(yīng)式 ．
②寫(xiě)出除去甲醇的離子方程式 ．

Answer 1

【答案】
（1）CH4（g）+H2O（g）=CH3OH（g）+H2（g）△H=+77.0 kJ/mol
（2）0.003mol?L﹣1?min﹣1；2.25×10﹣4
（3）CD
（4）CH3OH﹣6e﹣+8OH﹣═CO32﹣+6H2O
（5）Co2+﹣e﹣=Co3+；6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+
【解析】解：（1）①CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=+206.0kJ/mol ②CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）△H=+129.0kJ/mol將方程式①﹣②得CH4（g）+H2O（g）=CH3OH（g）+H2（g）△H=+206.0kJ/mol﹣（﹣129.0kJ/mol）=+77.0 kJ/mol，故答案為：CH4（g）+H2O（g）=CH3OH（g）+H2（g）△H=+77.0kJ/mol；（2）將1.0mol CH4和2.0mol 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 2.00 0
變化量（mol）：0.5 0.50.5 1.5
平衡量（mol）：0.5 1.50.5 1.5
①假設(shè)100℃時(shí)達(dá)到平衡所需的時(shí)間為5min，則用H2表示該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率= =0.003 molL﹣1min﹣1 ， 故答案為：0.003 molL﹣1min﹣1；②100℃時(shí)反應(yīng)I的平衡濃度為c（CH4）=0.050mol/L，c（H2O）=0.015mol/L，c（CO）=0.005mol/L，c（H2）=0.015mol/L，平衡常數(shù)K= =2.25×10﹣4 ， 故答案為：2.25×10﹣4；（3）A．平衡后將容器的容積壓縮到原來(lái)的 ，壓強(qiáng)增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，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(shí)反應(yīng)物各組分的濃度都增大，故A錯(cuò)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，故B錯(cuò)誤； C．壓強(qiáng)增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CH3OH 的物質(zhì)的量增加，故C正確； D．壓強(qiáng)增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，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 減小，故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，故E錯(cuò)誤，故答案為：CD；（4）負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇在負(fù)極失去電子，堿性條件下生成碳酸根與水，負(fù)極電極反應(yīng)式為：CH3OH﹣6e﹣+8OH﹣═CO32﹣+6H2O，故答案為：CH3OH﹣6e﹣+8OH﹣═CO32﹣+6H2O；（5）①通電后，將Co2+氧化成Co3+ ， 電解池中陽(yáng)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為Co2+﹣e﹣=Co3+ ， 故答案為：Co2+﹣e﹣=Co3+；②以Co3+做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO2而凈化，自身被還原為Co2+ ， 結(jié)合原子守恒與電荷守恒可知，還原生成H+ ， 配平書(shū)寫(xiě)離子方程式為：6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+ ， 故答案為：6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+ ．
（1）①CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=+206.0kJ/mol ②CO（g）+2 H2（g）=CH3OH（g）△H=+129.0 kJ/mol將方程式①﹣②得；（2）100℃時(shí)達(dá)到平衡時(shí)，甲烷轉(zhuǎn)化率為50%，結(jié)合化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量，①根據(jù)c= 計(jì)算v（H2）②計(jì)算平衡狀態(tài)時(shí)各物質(zhì)的濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算；（3）其他條件不變，平衡后將容器的容積壓縮到原來(lái)的 ，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，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，生成物的濃度增大，由于溫度不變，則平衡常數(shù)不變，結(jié)合平衡常數(shù)可知，平衡時(shí)反應(yīng)物各組分的濃度都增大，據(jù)此分析解答；（4）負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇在負(fù)極失去電子，堿性條件下生成碳酸根與水；（5）①通電后，將Co2+氧化成Co3+ ， 電解池中陽(yáng)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為Co2+﹣e﹣=Co3+；②以Co3+做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO2而凈化，自身被還原為Co2+ ， 原子守恒與電荷守恒可知，還原生成H+ ， 配平書(shū)寫(xiě)為：6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+；③負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇在負(fù)極失去電子，堿性條件下生成碳酸根與水；利用電池反應(yīng)方程式2CH3OH+3O2+4KOH═2K2CO3+6H20分析．