Question

甲醇可作為燃料電池的原料。以CH₄和H₂O為原料，通過(guò)下列反應(yīng)來(lái)制備甲醇。
Ⅰ：CH₄（g）＋H₂O（g）=CO（g）＋3H₂（g）   ΔH＝206.0 kJ·mol^－1
Ⅱ：CO（g）＋2H₂（g）＝CH₃OH（g）  ΔH＝－129.0 kJ·mol^－1
（1）CH₄（g）與H₂O（g）反應(yīng)生成CH₃OH（g）和H₂（g）的熱化學(xué)方程式為_(kāi)_____________________________________________________。
（2）將1.0 mol CH₄和2.0 mol H₂O（g）通入容積為100 L的反應(yīng)室，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)Ⅰ，測(cè)得在一定的壓強(qiáng)下CH₄的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如右圖。

①假設(shè)100 ℃時(shí)達(dá)到平衡所需的時(shí)間為5 min，則用H₂表示該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率為_(kāi)_______。
②100 ℃時(shí)反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)為_(kāi)_______。
（3）在壓強(qiáng)為0.1 MPa、溫度為300 ℃條件下，將a mol CO與3a mol H₂的混合氣體在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)Ⅱ生成甲醇，平衡后將容器的容積壓縮到原來(lái)的，其他條件不變，對(duì)平衡體系產(chǎn)生的影響是________（填字母序號(hào)）。

A．c（H2）減少

B．正反應(yīng)速率加快，逆反應(yīng)速率減慢

C．CH3OH 的物質(zhì)的量增加

D．重新平衡c（H2）/c（CH3OH）減小

E．平衡常數(shù)K增大
（4）寫(xiě)出甲醇－空氣－KOH溶液的燃料電池負(fù)極的電極反應(yīng)式：__________________________________________________。

（5）甲醇對(duì)水質(zhì)會(huì)造成一定的污染，有一種電化學(xué)法可消除這種污染，其原理是：通電后，將Co^2＋氧化成Co^3＋，然后以Co^3＋做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化。實(shí)驗(yàn)室用如圖裝置模擬上述過(guò)程：
①寫(xiě)出陽(yáng)極電極反應(yīng)式____________________________。
②寫(xiě)出除去甲醇的離子方程式__________________________________。

Answer 1

（1）CH₄（g）＋H₂O（g）=CH₃OH（g）＋H₂（g）  ΔH＝77.0 kJ·mol^－1
（2）①0.003 mol·L^－1·min^－1　②2.25×10^－4
（3）CD
（4）CH₃OH－6e^－＋8OH^－=CO₃^2-＋6H₂O
（5）Co^2＋－e^－=Co^3＋　6Co^3＋＋CH₃OH＋H₂O=CO₂↑＋6Co^2＋＋6H^＋

（1）寫(xiě)熱化學(xué)方程式，注意聚集狀態(tài)，目標(biāo)反應(yīng)可由反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ相加得到，計(jì)算出反應(yīng)熱。（2）計(jì)算速率和平衡常數(shù)時(shí)要注意容積的體積。計(jì)算H₂的速率，
方法一：v（H₂）＝3v（CH₄）＝3×＝0.003 mol·L^－1·min^－1，
方法二：根據(jù)“三行式”
　 　　　 　CH₄（g）＋ 　H₂Og= CO（g）＋3H₂（g）
n（始）/mol　　　1.0　　 　2.0　　　　0　　　0
n（變）/mol　　　0.5　　 　0.5　　　　0.5　　1.5
n（平）/mol　　　0.5　　 　1.5　　　　0.5　　1.5
v（H₂）＝＝＝0.003 mol·^－1·min^－1
K＝＝＝2.25×10^－4
（3）體積壓縮為原來(lái)的一半，則濃度變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，平衡的移動(dòng)是個(gè)“減弱”的過(guò)程，濃度比原平衡大，A錯(cuò)誤。壓強(qiáng)增大，正逆反應(yīng)速率均增大，B錯(cuò)誤。壓強(qiáng)增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，C、D正確。平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，E錯(cuò)誤。（4）負(fù)極上甲醇反應(yīng)，KOH為電解質(zhì)，產(chǎn)物為CO₃^2-，“三步書(shū)寫(xiě)”。（5）陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，Co^2＋生成Co^3＋。Co^3＋將甲醇氧化，生成Co^2＋和CO₂，注意溶液呈酸性。