Question

（12分）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1.0molCH4和2.0molH2O(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下图。

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 。

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amol CO与3amol 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l/2，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。实验室用下图装置模拟上述过程：

①写出阳极电极反应式 。

②写出除去甲醇的离子方程式 。

 

Answer 1

（1）CH4（g）+H2O（g）=CH3OH （g）+H2（g））△H=+77kJ?mol-1（2分）

（2）①0.03 mol?L-1?min-1（2分）②2.25×10-4（2分）

（3）C、D（各1分，共2分）

（4）①Co2+—e-=Co3+（2分）

②6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+（2分）

【解析】

试题分析：（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

（2）将1.0mol CH4和2.0mol 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 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=1.5mol÷100L÷5min=0.03 mol?L-1?min-1。

②100℃时反应I的平衡浓度为c（CH4）=0.050mol/L，c（H2O）=0.015mol/L，c（CO）=0.005mol/L，c（H2）=0.015mol/L，平衡常数K=0.005×0.0153÷（0.005×0.015）=2.25×10-4。

（3）A．平衡后将容器的容积压缩到原来的1/2，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。

（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+，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+。

考点：本题考查热化学方程式、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。