Question

甲醇可作电池的原料，也会造成环境污染．请根据有关反应回答问题．
（1）以CH₄和H₂O为原料，通过下列反应可制备甲醇．
①CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+206.0kJ?mol^-1
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）△H=-129.0kJ?mol^-1
则CH₄（g）+H₂O（g）?CH₃OH （g）+H₂（g）的△H=

 

kJ?mol^-1．
（2）将1.0mol CH₄（g）和2.0mol H₂O（g）通入容积为10L的容器，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1，设100℃时达到平衡所需的时间为5min，则这时间段v（H₂）=

 

mol?L^-1?min^-1．
（3）在一定温度下，将一定量CO和H₂充入密闭容器发生反应②，达到平衡后，若压缩容器体积至原的

1

2

，对平衡体系产生的影响是

 

（填序号）．
①c（H₂）减小  ②CH₃OH 的物质的量增加   ③新平衡时，

c(H2)

c(CH3OH)

减小，④正反应速率加快，逆反应速率减慢    ⑤平衡常数K增大
（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⁺）．
现用如图2装置模拟上述过程，则：Co²⁺在阳极的电极反应式为

 

；
②请完成除去甲醇的离子方程式：

 

Co³⁺+CH₃OH+

 

=

 

Co²⁺+CO₂↑+6H⁺．

Answer 1

考点：转化率随温度、压强的变化曲线,用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学平衡的影响因素,电解原理

专题：

分析：（1）根据盖斯定律来分析；
（2）列三段式表示各物质起始量、转化量、平衡量；依据反应速率计算公式V=

△C

△t

计算解答；
（3）其他条件不变，平衡后将容器的容积压缩到原来的

1

2

，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）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⁺；
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）已知：①CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+206.0kJ?mol^-1
              ②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）△H=-129.0kJ?mol^-1
将①+②可得：CH₄（g）+H₂O（g）?CH₃OH （g）+H₂（g）的△H=（+206.0KJ/mol）+（-129.0KJ/mol）=-77KJ/mol，故答案为：-77；
（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
假设100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H₂表示该反应的平衡反应速率V（H₂）=

1.5mol 10L

5min

=0.03 mol?L^-1?min^-1，
故答案为：0.03 mol?L^-1?min^-1；
（3）在一定条件下，将一定量的CO和氢气的混合气体在催化剂作用下发生反应Ⅱ生成甲醇，CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-129.0kJ/mol；
平衡后将容器的容积压缩到原来的

1

2

，其他条件不变，体积减小压强增大，反应速率增大，平衡正向进行．
①体积减小，c（H₂）增大，故A错误；
②体积减小，压强增大，平衡正向进行，CH₃OH的物质的量增加，故正确；
③体积减小，压强增大，平衡正向进行，重新平衡时c（H₂）/c（CH₃OH）减小，故正确；
④压强增大，正逆反应速率都加快，故错误；
⑤平衡常数K只随温度的而变化，故错误
故选②③；
（4）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⁺；
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：Co²⁺-e^-=Co³⁺；6，H₂O，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．