Question

（16分）（1）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。

① CH4(g)+H2O(g)＝CO(g) + 3H2(g) △H ＝+206.0 kJ·mol－1

② CO(g)+2H2(g)＝CH3OH (g) △H ＝－129.0 kJ·mol－1

CH4(g)与H2O(g)反应生成CH3OH (g)和H2(g)的△H= 。

（2）将1.0 mol CH4和2.0 mol H2O ( g )通入容积为10 L的反应器，在一定条件下发生反应①，测得在一定压强下CH4的转化率与温度的关系如图。

假设100 ℃时达到平衡所需的时间为5 min，则用H2表示该反应的平均反应速率为 mol·L-1·min-1。

（3）在某温度和压强下，将一定量 CO与H2充入密闭容器发生反应②生成甲醇，平衡后压缩容器体积至原来的l/2，其他条件不变，对平衡体系产生的影响是 (填序号)：

A.c ( H2 )减少；

B.平衡常数K增大；

C.CH3OH 的物质的量增加；

D.正反应速率加快，逆反应速率减慢；

E.重新平衡c ( H2 )/ c (CH3OH )减小。

（4）电解法可消除甲醇对水质造成的污染，原理是：通电将Co2+氧化成Co3+，然后Co3+将甲醇氧化成CO2和H+（用石墨烯吸附除去Co2+）。现用图装置模拟上述过程，

则： Co2+在阳极的电极反应式为： ；除去甲醇的离子方程式为 。

 

Answer 1

（16分）（1）+77.0 kJ/mol；(3分)（2）0.03（3分） ；（3）(4分)C、E；

（4）Co2+－e-= Co3+ (3分） 6Co3++CH3OH+H2O ==6Co2++CO2↑+6H+（3分）

【解析】

试题分析：①+②，整理可得：CH4(g)+H2O(g)=CH3OH (g)+H2(g) △H=+77.0 kJ/mol；（2）根据图像可知在100 ℃时达到平衡CH4的转化率是50%，所以根据方程式中物质之间的关系可知：平衡时H2的浓度是0.15mol/L,则用H2表示该反应的平均反应速率为V(H2)= 0.15mol/L÷5 min=0.03mol/(L·min)；（3）A．平衡后压缩容器体积至原来的l/2，则物质的浓度都比原来大，平衡正向移动，是反应物的浓度有所减小，但是平衡移动的趋势是微弱的，所以c ( H2 )也增大，错误； B.由于平衡常数K只与温度有关，温度不变，化学平衡常数就不变，错误； C．增大压强，平衡正向移动，所以生成物CH3OH 的物质的量增加，正确；D．压缩容器的容积，则物质的浓度增大，所以正反应速率加快，逆反应速率也加快，错误； E．由于平衡正向移动，所以重新平衡c ( H2 )比原来的2倍小，而c (CH3OH )比原来的2倍大，因此c ( H2 )/ c (CH3OH )减小，正确；（4）根据题意可知： Co2+在阳极被氧化为Co3+，电极反应式为Co2+－e-= Co3+；Co3+将甲醇氧化成CO2和H+，根据电荷守恒、电子守恒和质量守恒定律可得反应的方程式是：6Co3++CH3OH+H2O ==6Co2++CO2↑+6H+。

考点：考查盖斯定律的应用、热化学方程式的书写、化学反应速率的计算、外界条件对平衡移动的影响、电解原理在废水处理中的应用的知识。