Question

（12分）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)來(lái)制備甲醇。

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

（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10L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)系如下圖。

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amol CO與3amol 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l/2，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 重新平衡減小

E．平衡常數(shù)K增大

（4）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(guò)程：

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

（1）CH4（g）+H2O（g）=CH3OH （g）+H2（g））△H=+77kJ?mol-1（2分）

（2）①0.03 mol?L-1?min-1（2分）②2.25×10-4（2分）

（3）C、D（各1分，共2分）

（4）①Co2+—e-=Co3+（2分）

②6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+（2分）

【解析】

試題分析：（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））△H=+77kJ?mol-1

（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 2.0 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

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=1.5mol÷100L÷5min=0.03 mol?L-1?min-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=0.005×0.0153÷（0.005×0.015）=2.25×10-4。

（3）A．平衡后將容器的容積壓縮到原來(lái)的1/2，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。

（4）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+，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+。

考點(diǎn)：本題考查熱化學(xué)方程式、化學(xué)平衡圖象、影響化學(xué)平衡因素、平衡常數(shù)與反應(yīng)速率計(jì)算、原電池。