Question

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。实验室用图装置模拟上述过程

①写出阳极电极反应式                                   。

②请写出除去甲醇的离子方程式                           。

Answer

（1）CH4(g)+H20(g)==CH3OH(g)+H2(g) △H=+77.0 KJ/mol

（2）0.03mol/(L·min); 0.0225 （3）C、D

（4） Co2+ —e－== Co3+ , 6Co3++ CH3OH + H2O==CO2↑ + 6Co2+ + 6H+

【解析】

试题分析：（1）根据盖斯定律，I + II 得：CH4(g)与H2O(g)反应生成CH3OH (g)和H2(g)的热化学方程式为CH4(g)+H20(g)==CH3OH(g)+H2(g) △H=+77.0 KJ/mol；（2）①100 ℃达到平衡甲烷的转化率为50%，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=0.03mol/(L·min)；

②

0.0225

（3）CO(g)+2H2(g)＝CH3OH (g) △H ＝－129.0 kJ·mol－1；将容器的容积压缩， c ( H2 )增大；正反应速率加快，逆反应速率加快； 平衡正向移动，CH3OH 的物质的量增加 ；平衡正向移动，所以重新平衡c ( H2 )/ c (CH3OH )减小 ；温度不变平衡常数K不变；（4）①阳极发生氧化反应，电极反应式Co2+ —e－== Co3+；②Co3+ 做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2，除去甲醇的离子方程式6Co3++ CH3OH + H2O==CO2↑ + 6Co2+ + 6H+。

考点：本题考查燃料电池、反应速率、化学平衡。