Question

（12分）甲醇可作為燃料電池的原料。以CH4和H2O為原料，通過下列反應(yīng)來制備甲醇。

I： CH4(g)+H2O(g)＝CO(g) + 3H2(g) △H ＝+206．0 kJ·mol－1

II：CO(g)+2H2(g)＝CH3OH (g) △H ＝－129．0 kJ·mol－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1．0 mol CH4和2．0 mol H2O ( g )通入容積為10 L的反應(yīng)室，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)I，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。

①假設(shè)100 ℃時(shí)達(dá)到平衡所需的時(shí)間為5 min，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0．1 MPa、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的l/2，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c ( H2 )/ c (CH3OH )減小

E．平衡常數(shù)K增大

（4）甲醇對水質(zhì)會(huì)造成一定的污染，有一種電化學(xué)法可消除這種污染，其原理是：通電后，將Co2+氧化成Co3+，然后以Co3+ 做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO2而凈化。實(shí)驗(yàn)室用下圖裝置模擬上述過程：

① 寫出陽極電極反應(yīng)式 。

② 寫出除去甲醇的離子方程式 。

 

Answer 1

（12分）（1）CH4(g) +H2O（g）= CH3OH (g) + H2(g) △H=+77．0kJ/mol(2分）

（2）0．03mol·L-1·min-1(2分）2．25×10-2(2分）

（3）C、D(共2分）

（4）Co2+-e-= Co3+(2分）6 Co3++H2O+ CH3OH= CO2↑+6 Co2+ +6H+(2分）

【解析】

試題分析：（1）根據(jù)蓋斯定律可得，所求方程式=I+II，所以CH4(g)與H2O(g)反應(yīng)生成CH3OH (g)和H2(g)的熱效應(yīng)△H=+206．0 kJ·mol－1－129．0 kJ·mol－1=+77．0kJ/mol，所以熱化學(xué)方程式為CH4(g) +H2O（g）= CH3OH (g) + H2(g) △H=+77．0kJ/mol；

（2）100℃時(shí)，甲烷的轉(zhuǎn)化率是50%，則生成氫氣的物質(zhì)的量是1．5mol，所以用H2表示該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率為1．5mol/10L/5min=0．03 mol·L-1·min-1;此時(shí)甲烷、CO的濃度是0．05 mol·L-1，水蒸氣的濃度0．15 mol·L-1，氫氣的濃度是0．15 mol·L-1，所以平衡常數(shù)K=0．153 ?0．05/0．15 ?0．05=0．0225;

(3)恒溫恒壓條件下，容器體積縮小為原來的l/2，壓強(qiáng)增大，則平衡正向移動(dòng)。再達(dá)平衡時(shí)，氫氣的濃度大于原來的濃度而小于原來的2倍，所以氫氣的濃度增大，A錯(cuò)誤；壓強(qiáng)增大，正逆反應(yīng)速率都增大，B錯(cuò)誤；平衡正向移動(dòng)，甲醇的物質(zhì)的量增大，C正確；容器體積縮小，氫氣、甲醇的濃度都變?yōu)樵瓉淼?倍，由于平衡正向移動(dòng)，所以氫氣的濃度小于2倍，而甲醇的濃度大于原來的2倍，因此重新平衡c ( H2 )/ c (CH3OH )減小，D正確；溫度不變，平衡常數(shù)不變，E錯(cuò)誤，答案選CD；

（4）該裝置是電解池裝置，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，根據(jù)題意：通電后，將Co2+氧化成Co3+，所以陽極是Co2+發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Co2+-e-= Co3+；以Co3+ 做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO2而凈化，Co3+被還原為Co2+，所以除去甲醇的離子方程式是6 Co3++H2O+ CH3OH= CO2↑+6 Co2+ +6H+。

考點(diǎn)：考查蓋斯定律的應(yīng)用，化學(xué)平衡的移動(dòng)、反應(yīng)速率的計(jì)算，電化學(xué)反應(yīng)原理的應(yīng)用