Question

（1）甲醇可作為燃料電池的原料．以CH₄和H₂O為原料，通過下列反應來制備甲醇．
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
CH₄（g）與H₂O（g）反應生成CH₃OH （g）和H₂（g）的△H=

 

．
（2）將1.0mol CH₄和2.0mol H₂O （ g ）通入容積為10L的反應器，在一定條件下發(fā)生反應I，測得在一定壓強下CH₄的轉化率與溫度的關系如圖1．假設100℃時達到平衡所需的時間為5min，則用H₂表示該反應的平均反應速率為

 

mol?L^-1?min^-1．

（3）在某溫度和壓強下，將一定量 CO與H₂充入密閉容器發(fā)生反應II生成甲醇，平衡后壓縮容器體積至原來的

1

2

，其他條件不變，對平衡體系產(chǎn)生的影響是

 

（填序號）：
a．c （ H₂ ）減少；  b．平衡常數(shù)K增大；  
c．CH₃OH 的物質的量增加；
d．正反應速率加快，逆反應速率減慢；   
e．重新平衡

c(H2)

c(CH3OH)

減�。�
（4）電解法可消除甲醇對水質造成的污染，原理是：通電將Co²⁺氧化成Co³⁺，然后Co³⁺將甲醇氧化成CO₂和H⁺（用石墨烯吸附除去Co²⁺）．現(xiàn)用如圖2裝置模擬上述過程，則：Co²⁺在陽極的電極反應式為：

 

；除去甲醇的離子方程式為

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的影響因素,熱化學方程式,反應速率的定量表示方法,電解原理

專題：

分析：（1）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算應用；
（2）100℃時達到平衡時，甲烷轉化率為50%，結合化學平衡三段式列式計算平衡時各組分的物質的量，根據(jù)c=

△n V

△t

計算v（H₂）；
（3）其他條件不變，平衡后將容器的容積壓縮到原來的

1

2

，壓強增大，正、逆反應速率都增大，但正反應速率增大更多，平衡向正反應方向移動，生成物的濃度增大，由于溫度不變，則平衡常數(shù)不變，結合平衡常數(shù)可知，平衡時反應物各組分的濃度都增大，據(jù)此分析解答；
（4）通電后，將Co²⁺氧化成Co³⁺，電解池中陽極失電子發(fā)生氧化反應，電極反應為Co²⁺-e^-=Co³⁺；
以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化，自身被還原為Co²⁺，原子守恒與電荷守恒可知，還原生成H⁺，配平書寫為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺；

解答： 解：（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
依據(jù)蓋斯定律Ⅰ+Ⅱ得到CH₄（g）+H₂O（g）=CH₃OH （g）+H₂（g）△H=+77.0 kJ?mol^-1
故答案為：+77.0 kJ?mol^-1；
（2）將1.0mol CH₄和2.0mol H₂O （ g ）通入容積固定為10L的反應室，在一定條件下發(fā)生反應I，由圖象可知100℃甲烷轉化率為50%，故參加反應的甲烷為1mol×50%=0.5mol，則：
             CH₄ （g）+H₂O （g）=CO （g）+3H₂ （g）
起始量（mol）：1.0      2.0       0        0
變化量（mol）：0.5      0.5      0.5     1.5
平衡量（mol）：0.5      1.5      0.5       1.5
假設100℃時達到平衡所需的時間為5min，則用H₂表示該反應的平均反應速率=

1.5mol 10L

5min

=0.03 mol?L^-1?min^-1，
故答案為：0.03；
（3）a．平衡后將容器的容積壓縮到原來的

1

2

，壓強增大，平衡向正反應方向移動，生成物的濃度增大，由于平衡常數(shù)不變，結合平衡常數(shù)可知，平衡時反應物各組分的濃度都增大，故a錯誤；
b．平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變，平衡常數(shù)不變，故b錯誤；
c．壓強增大，平衡向正反應方向移動，CH₃OH 的物質的量增加，故c正確；
d．壓強增大，正、逆反應速率都增大，但正反應速率增大更多，故d錯誤；
e．壓強增大，平衡向正反應方向移動，氫氣的物質的量減小、甲醇的物質的量增大，故重新平衡

c(H2)

c(CH3OH)

減小，故e正確；
故答案為：ce；
（4）通電后，將Co²⁺氧化成Co³⁺，電解池中陽極失電子發(fā)生氧化反應，電極反應為Co²⁺-e^-=Co³⁺；
以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化，自身被還原為Co²⁺，結合原子守恒與電荷守恒可知，還原生成H⁺，配平書寫離子方程式為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺；
故答案為：Co²⁺-e^-=Co³⁺；6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．

點評：本題考查熱化學方程式書寫、化學平衡圖象、影響化學平衡因素、平衡常數(shù)與反應速率計算、原電池等，掌握基礎是解本題的關鍵，題目難度中等．