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
（l）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1.0mol H2O（g）通入容积为100L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2a 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．平衡常数K增大 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
（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+做氧化剂再把水中的甲醇氧化成CO2而净化．
若图2装置中的电源为甲醇一空气-KOH溶液的燃料电池，则电池正极的电极反应式： ，该电池工作时，溶液中的OH-向 极移动．净化合1mol甲醇的水，燃料电池转移电子 mol．
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
（l）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1.0mol H2O（g）通入容积为100L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2a 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．平衡常数K增大 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) |
（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+做氧化剂再把水中的甲醇氧化成CO2而净化．
若图2装置中的电源为甲醇一空气-KOH溶液的燃料电池，则电池正极的电极反应式：
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）根据盖斯定律书写热化学方程式；
（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）甲醇一空气-KOH溶液的燃料电池中，燃料在负极失电子发生氧化反应生成碳酸盐，正极是氧气得到电子生成氢氧根离子，工作时原电池中阴离子移向负极，依据电极反应和电子守恒计算分析；
（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）甲醇一空气-KOH溶液的燃料电池中，燃料在负极失电子发生氧化反应生成碳酸盐，正极是氧气得到电子生成氢氧根离子，工作时原电池中阴离子移向负极，依据电极反应和电子守恒计算分析；
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）+H2O（g）=CH3OH （g）+H2（g））△H=+77kJ?mol-1
故答案为：CH4（g）+H2O（g）=CH3OH （g）+H2（g））△H=+77.0kJ?mol-1；
（2）将1.0mol CH4和1.0mol H2O （ g ）通入容积固定为100L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 1.0 0 0
变化量（mol）：0.5 0.5 0.5 1.5
平衡量（mol）：0.5 0.5 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=
=0.003 mol?L-1?min-1，
故答案为：0.003 mol?L-1?min-1；
②100℃时反应I的平衡浓度为c（CH4）=0.005mol/L，c（H2O）=0.005mol/L，c（CO）=0.005mol/L，c（H2）=0.015mol/L，
平衡常数K=
=6.75×10-4，
故答案为：6.75×10-4；
（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；
故答案为：CD；
（4）负极发生氧化反应，甲醇在负极失去电子，碱性条件下生成碳酸根与水，负极电极反应式为：CH3OH-6e-+8OH-═CO32-+6H2O，正极是氧气得到电子生成氢氧根离子，电极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-，净化含1mol甲醇的水，燃料电池转移电子6mol：
故答案为：O2+2H2O+4e-=4OH-，负，6；
II：CO （g）+2H2 （g）=CH3OH （g）△H=-129.0kJ?mol-1
依据盖斯定律，Ⅰ+Ⅱ得到：CH4（g）+H2O（g）=CH3OH （g）+H2（g））△H=+77kJ?mol-1
故答案为：CH4（g）+H2O（g）=CH3OH （g）+H2（g））△H=+77.0kJ?mol-1；
（2）将1.0mol CH4和1.0mol H2O （ g ）通入容积固定为100L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 1.0 0 0
变化量（mol）：0.5 0.5 0.5 1.5
平衡量（mol）：0.5 0.5 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：0.003 mol?L-1?min-1；
②100℃时反应I的平衡浓度为c（CH4）=0.005mol/L，c（H2O）=0.005mol/L，c（CO）=0.005mol/L，c（H2）=0.015mol/L，
平衡常数K=
| 0.005×0.0153 |
| 0.005×0.005 |
故答案为：6.75×10-4；
（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) |
故答案为：CD；
（4）负极发生氧化反应，甲醇在负极失去电子，碱性条件下生成碳酸根与水，负极电极反应式为：CH3OH-6e-+8OH-═CO32-+6H2O，正极是氧气得到电子生成氢氧根离子，电极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-，净化含1mol甲醇的水，燃料电池转移电子6mol：
故答案为：O2+2H2O+4e-=4OH-，负，6；
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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同温同压下，等质量的下列气体物质的量最大的是（ ）
| A、O2 |
| B、CH4 |
| C、CO2 |
| D、SO2 |
实验室制取少量溴乙烷的装置如图所示．