题目内容
甲醇可作为燃料电池的原料.以CH4和H2O为原料,通过下列反应来制备甲醇.
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)与H2O(g)反应生成CH3OH(g)和H2(g)的热化学方程式为 .
(2)将1.0mol CH4和2.0mol H2O(g)通入容积为10L的反应室,在一定条件下发生反应I,测得在一定的压强下CH4的转化率与温度的关系如图1.
①假设100℃时达到平衡所需的时间为5min,则用H2表示该反应的平均反应速率为 .
②100℃时反应I的平衡常数为 .
(3)在压强为0.1MPa、温度为300℃条件下,将a mol CO与3a mol H2的混合气体在催化剂作用下发生反应II生成甲醇,平衡后将容器的容积压缩到原来的
,其他条件不变,对平衡体系产生的影响是 (填字母序号).
A.c(H2)减少 B.正反应速率加快,逆反应速率减慢
C.CH3OH 的物质的量增加 D.重新平衡
减小
E.平衡常数K增大
(4)甲醇对水质会造成一定的污染,有一种电化学法可消除这种污染,其原理是:通电后,将Co2+氧化成Co3+
,然后以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化.实验室用图2装置模拟上述过程:
①写出阳极电极反应式 .
②写出除去甲醇的离子方程式 .
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)与H2O(g)反应生成CH3OH(g)和H2(g)的热化学方程式为
(2)将1.0mol CH4和2.0mol H2O(g)通入容积为10L的反应室,在一定条件下发生反应I,测得在一定的压强下CH4的转化率与温度的关系如图1.
①假设100℃时达到平衡所需的时间为5min,则用H2表示该反应的平均反应速率为
②100℃时反应I的平衡常数为
(3)在压强为0.1MPa、温度为300℃条件下,将a mol CO与3a mol H2的混合气体在催化剂作用下发生反应II生成甲醇,平衡后将容器的容积压缩到原来的
1 |
2 |
A.c(H2)减少 B.正反应速率加快,逆反应速率减慢
C.CH3OH 的物质的量增加 D.重新平衡
c(H2) |
c(CH3OH) |
E.平衡常数K增大
(4)甲醇对水质会造成一定的污染,有一种电化学法可消除这种污染,其原理是:通电后,将Co2+氧化成Co3+
,然后以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化.实验室用图2装置模拟上述过程:
①写出阳极电极反应式
②写出除去甲醇的离子方程式
考点:热化学方程式,化学电源新型电池,化学平衡常数的含义,化学平衡的影响因素
专题:基本概念与基本理论
分析:(1)依据热化学方程式和盖斯定律计算所需热化学方程式;
(2)100℃时达到平衡时,甲烷转化率为50%,结合化学平衡三段式列式计算平衡时各组分的物质的量;
①根据c=
计算v(H2);
②计算平衡状态时各物质的浓度,代入平衡常数表达式计算;
(3)其他条件不变,平衡后将容器的容积压缩到原来的
,压强增大,正、逆反应速率都增大,但正反应速率增大更多,平衡向正反应方向移动,生成物的浓度增大,由于温度不变,则平衡常数不变,结合平衡常数可知,平衡时反应物各组分的浓度都增大,据此分析解答;
(4)①通电后,将Co2+氧化成Co3+,电解池中阳极失电子发生氧化反应,电极反应为Co2+-e-=Co3+;
②以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化,自身被还原为Co2+,原子守恒与电荷守恒可知,还原生成H+,配平书写为:6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+.
(2)100℃时达到平衡时,甲烷转化率为50%,结合化学平衡三段式列式计算平衡时各组分的物质的量;
①根据c=
| ||
△t |
②计算平衡状态时各物质的浓度,代入平衡常数表达式计算;
(3)其他条件不变,平衡后将容器的容积压缩到原来的
1 |
2 |
(4)①通电后,将Co2+氧化成Co3+,电解池中阳极失电子发生氧化反应,电极反应为Co2+-e-=Co3+;
②以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化,自身被还原为Co2+,原子守恒与电荷守恒可知,还原生成H+,配平书写为:6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+.
解答:
解:(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
依据盖斯定律Ⅰ+Ⅱ得到CH4(g)与H2O(g)反应生成CH3OH(g)和H2(g)的热化学方程式为CH4(g)+H2O(g)=CH3OH (g)+H2(g)△H=+77.0 kJ?mol-1;
故答案为:CH4(g)+H2O(g)=CH3OH (g)+H2(g)△H=+77.0 kJ?mol-1;
(2)将1.0mol CH4和2.0mol H2O ( g )通入容积固定为10L的反应室,在一定条件下发生反应I,由图象可知100℃甲烷转化率为50%,故参加反应的甲烷为1mol×50%=0.5mol,则:
CH4 (g)+H2O (g)=CO (g)+3H2 (g)
起始量(mol):1.0 2.0 0 0
变化量(mol):0.5 0.5 0.5 1.5
平衡量(mol):0.5 1.5 0.5 1.5
①假设100℃时达到平衡所需的时间为5min,则用H2表示该反应的平均反应速率=
=0.03 mol?L-1?min-1,
故答案为:0.03 mol?L-1?min-1;
②100℃时反应I的平衡浓度为c(CH4)=0.05mol/L,c(H2O)=0.15mol/L,c(CO)=0.05mol/L,c(H2)=0.15mol/L,
平衡常数K=
=2.25×10-2,
故答案为:2.25×10-2;
(3)A.平衡后将容器的容积压缩到原来的
,压强增大,平衡向正反应方向移动,生成物的浓度增大,由于平衡常数不变,结合平衡常数可知,平衡时反应物各组分的浓度都增大,故A错误;
B.压强增大,正、逆反应速率都增大,但正反应速率增大更多,故B错误;
C.压强增大,平衡向正反应方向移动,CH3OH 的物质的量增加,故C正确;
D.压强增大,平衡向正反应方向移动,氢气的物质的量减小、甲醇的物质的量增大,故重新平衡
减小,故D正确;
E.平衡常数只受温度影响,温度不变,平衡常数不变,故E错误,
故答案为:CD;
(4)①、通电后,将Co2+氧化成Co3+,电解池中阳极失电子发生氧化反应,电极反应为Co2+-e-=Co3+;
故答案为:Co2+-e-=Co3+;
②、以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化,自身被还原为Co2+,结合原子守恒与电荷守恒可知,还原生成H+,配平书写离子方程式为:6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+;
故答案为:6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+;
II:CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)△H=-129.0kJ?mol-1
依据盖斯定律Ⅰ+Ⅱ得到CH4(g)与H2O(g)反应生成CH3OH(g)和H2(g)的热化学方程式为CH4(g)+H2O(g)=CH3OH (g)+H2(g)△H=+77.0 kJ?mol-1;
故答案为:CH4(g)+H2O(g)=CH3OH (g)+H2(g)△H=+77.0 kJ?mol-1;
(2)将1.0mol CH4和2.0mol H2O ( g )通入容积固定为10L的反应室,在一定条件下发生反应I,由图象可知100℃甲烷转化率为50%,故参加反应的甲烷为1mol×50%=0.5mol,则:
CH4 (g)+H2O (g)=CO (g)+3H2 (g)
起始量(mol):1.0 2.0 0 0
变化量(mol):0.5 0.5 0.5 1.5
平衡量(mol):0.5 1.5 0.5 1.5
①假设100℃时达到平衡所需的时间为5min,则用H2表示该反应的平均反应速率=
| ||
5min |
故答案为:0.03 mol?L-1?min-1;
②100℃时反应I的平衡浓度为c(CH4)=0.05mol/L,c(H2O)=0.15mol/L,c(CO)=0.05mol/L,c(H2)=0.15mol/L,
平衡常数K=
0.05×0.153 |
0.05×0.15 |
故答案为:2.25×10-2;
(3)A.平衡后将容器的容积压缩到原来的
1 |
2 |
B.压强增大,正、逆反应速率都增大,但正反应速率增大更多,故B错误;
C.压强增大,平衡向正反应方向移动,CH3OH 的物质的量增加,故C正确;
D.压强增大,平衡向正反应方向移动,氢气的物质的量减小、甲醇的物质的量增大,故重新平衡
c(H2) |
c(CH3OH) |
E.平衡常数只受温度影响,温度不变,平衡常数不变,故E错误,
故答案为:CD;
(4)①、通电后,将Co2+氧化成Co3+,电解池中阳极失电子发生氧化反应,电极反应为Co2+-e-=Co3+;
故答案为:Co2+-e-=Co3+;
②、以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化,自身被还原为Co2+,结合原子守恒与电荷守恒可知,还原生成H+,配平书写离子方程式为:6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+;
故答案为:6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+;
点评:本题考查热化学方程式书写、化学平衡图象、影响化学平衡因素、平衡常数与反应速率计算、原电池等,掌握基础是解本题的关键,题目难度中等
练习册系列答案
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