Question

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） ΔH＝206.0 kJ·mol－1

Ⅱ：CO（g）＋2H2（g）＝CH3OH（g） ΔH＝－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100 L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)系如右圖。

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(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．重新平衡c（H2）/c（CH3OH）減小

E．平衡常數(shù)K增大

（4）寫出甲醇－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)室用如圖裝置模擬上述過(guò)程：

①寫出陽(yáng)極電極反應(yīng)式____________________________。

②寫出除去甲醇的離子方程式__________________________________。

 

Answer 1

（1）CH4（g）＋H2O（g）=CH3OH（g）＋H2（g） ΔH＝77.0 kJ·mol－1

（2）①0.003 mol·L－1·min－1　②2.25×10－4

（3）CD

（4）CH3OH－6e－＋8OH－=CO32-＋6H2O

（5）Co2＋－e－=Co3＋　6Co3＋＋CH3OH＋H2O=CO2↑＋6Co2＋＋6H＋

 

【解析】（1）寫熱化學(xué)方程式，注意聚集狀態(tài)，目標(biāo)反應(yīng)可由反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ相加得到，計(jì)算出反應(yīng)熱。（2）計(jì)算速率和平衡常數(shù)時(shí)要注意容積的體積。計(jì)算H2的速率，

方法一：v（H2）＝3v（CH4）＝3×＝0.003 mol·L－1·min－1，

方法二：根據(jù)“三行式”

　 　　　 　CH4（g）＋ 　H2Og= CO（g）＋3H2（g）

n（始）/mol　　　1.0　　 　2.0　　　　0　　　0

n（變）/mol　　　0.5　　 　0.5　　　　0.5　　1.5

n（平）/mol　　　0.5　　 　1.5　　　　0.5　　1.5

v（H2）＝＝＝0.003 mol·－1·min－1

K＝＝＝2.25×10－4

（3）體積壓縮為原來(lái)的一半，則濃度變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，平衡的移動(dòng)是個(gè)“減弱”的過(guò)程，濃度比原平衡大，A錯(cuò)誤。壓強(qiáng)增大，正逆反應(yīng)速率均增大，B錯(cuò)誤。壓強(qiáng)增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，C、D正確。平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，E錯(cuò)誤。（4）負(fù)極上甲醇反應(yīng)，KOH為電解質(zhì)，產(chǎn)物為CO32-，“三步書寫”。（5）陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，Co2＋生成Co3＋。Co3＋將甲醇氧化，生成Co2＋和CO2，注意溶液呈酸性。