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 ＝+206．0 kJ·mol^－1

II：CO(g)+2H₂(g)＝CH₃OH (g)         △H ＝－129．0 kJ·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1．0 mol CH₄和2．0 mol H₂O ( g )通入容积为10 L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5 min，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0．1 MPa、温度为300℃条件下，将a mol CO与3a mol 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c ( H₂ )/ c (CH₃OH )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

（12分）（1）CH4(g) +H2O（g）= CH3OH (g) + H2(g) △H=+77．0kJ/mol(2分）

（2）0．03mol·L-1·min-1(2分）2．25×10-2(2分）

（3）C、D(共2分）

（4）Co2+-e-= Co3+(2分）6 Co3++H2O+ CH3OH= CO2↑+6 Co2+ +6H+(2分）

【解析】

试题分析：（1）根据盖斯定律可得，所求方程式=I+II，所以CH4(g)与H2O(g)反应生成CH3OH (g)和H2(g)的热效应△H=+206．0 kJ·mol－1－129．0 kJ·mol－1=+77．0kJ/mol，所以热化学方程式为CH4(g) +H2O（g）= CH3OH (g) + H2(g) △H=+77．0kJ/mol；

（2）100℃时，甲烷的转化率是50%，则生成氢气的物质的量是1．5mol，所以用H2表示该反应的平均反应速率为1．5mol/10L/5min=0．03 mol·L-1·min-1;此时甲烷、CO的浓度是0．05 mol·L-1，水蒸气的浓度0．15 mol·L-1，氢气的浓度是0．15 mol·L-1，所以平衡常数K=0．153 •0．05/0．15 •0．05=0．0225;

(3)恒温恒压条件下，容器体积缩小为原来的l/2，压强增大，则平衡正向移动。再达平衡时，氢气的浓度大于原来的浓度而小于原来的2倍，所以氢气的浓度增大，A错误；压强增大，正逆反应速率都增大，B错误；平衡正向移动，甲醇的物质的量增大，C正确；容器体积缩小，氢气、甲醇的浓度都变为原来的2倍，由于平衡正向移动，所以氢气的浓度小于2倍，而甲醇的浓度大于原来的2倍，因此重新平衡c ( H2 )/ c (CH3OH )减小，D正确；温度不变，平衡常数不变，E错误，答案选CD；

（4）该装置是电解池装置，阳极发生氧化反应，根据题意：通电后，将Co2+氧化成Co3+，所以阳极是Co2+发生氧化反应，电极反应式为Co2+-e-= Co3+；以Co3+ 做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化，Co3+被还原为Co2+，所以除去甲醇的离子方程式是6 Co3++H2O+ CH3OH= CO2↑+6 Co2+ +6H+。

考点：考查盖斯定律的应用，化学平衡的移动、反应速率的计算，电化学反应原理的应用