Question

甲醇与水蒸气催化重整可获得清洁能源，具有广泛的应用前景．
已知：I：CH₃OH （g）+

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2

O₂ （g）═CO₂（g）+2H₂（g）△△H₁=-192.9kJ/mol
Ⅱ：2H₂（g）+O₂ （g）═2H₂O（g）△△H₂=-241.8kJ/mol
（1）甲醇蒸气与水蒸气反应生成CO₂（g） 与 H₂（g）的热化学方程式为

 

．
（2）将1.0mol CH₃OH （g）和2.0mol O₂ （ g ）通入容积为10L的反应器，在一定条件下发生反应I，测得在一定压强下CH₃OH （g）的平衡转化率与温度的关系如图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v（H₂）=

 

．该反应的平衡常数表达式为K=

 

．
（3）在某温度和压强下，将一定量 H₂与O₂充入密闭容器发生反应Ⅱ，平衡后压缩容器体积至原来的

1

2

，其他条件不变，对平衡体系产生的影响是

 

（填序号）：
a．平衡常数K增大；  b．正反应速率加快，逆反应速率减慢； c．重新平衡c（ H₂ ）/c（H₂O ）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2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

 

．
（5）甲醇在催化剂条件下可以直接氧化成甲酸．在常温下，用0.1000mol/L NaOH溶液滴定20.00mL 0.1000mol/L 甲酸溶液过程中，当混合液的pH=7时，所消耗的V（NaOH）

 

（填“＜”或“＞”或“=”） 20.00mL．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,热化学方程式,电解原理

专题：

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，根据c=

△n V

△t

计算v（H₂）；平衡常数等于生成物平衡浓度幂次方乘积除以反应物幂次方乘积；
（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⁺；
（5）NaOH和甲酸恰好反应时生成强碱弱酸盐，溶液呈碱性，若要呈中性，则甲酸过量．

解答： 解：（1）I：CH₃OH （g）+

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O₂ （g）═CO₂（g）+2H₂（g）△H₁=-192.9kJ/mol
Ⅱ：2H₂（g）+O₂ （g）═2H₂O（g）△H₂=-241.8kJ/mol
依据盖斯定律Ⅰ-Ⅱ×

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2

得到CH₃OH （g）+H₂O （g）=CO₂（g）+3 H₂（g）△H=-72.0kJ/mol；
故答案为：CH₃OH （g）+H₂O （g）=CO₂（g）+3 H₂（g）△H=-72.0kJ/mol；
（2）将1.0mol CH₃OH和2.0mol O₂ （ 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℃甲醇转化率为50%，故参加反应的甲醇为1mol×50%=0.5mol，则：
             CH₃ OH（g）+

1

2

O₂ （g）=CO₂ （g）+2H₂ （g）
起始量（mol）：1.0      2.0       0        0
变化量（mol）：0.5      0.25      0.5     1.0
平衡量（mol）：0.5      1.75      0.5      1.0
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=

1.0mo 10L

5min

=0.02 mol?L^-1?min^-1，该反应的平衡常数表达式为K=

c(CO2)c2(H2)

c(CH3OH)c 1 2 (O2)

故答案为：0.02；

c(CO2)c2(H2)

c(CH3OH)c 1 2 (O2)

；
（3）a．平衡常数只受温度影响，温度不变，平衡常数不变，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，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)

减小，故c正确；
故答案为：c；
（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⁺；6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．
（5）NaOH和甲酸恰好反应时生成强碱弱酸盐，溶液呈碱性，若要呈中性，则甲酸过，所以滴定到pH=7时，V（NaOH）＜20.00ml，故答案为：＜；

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．