Question

能源问题是人类社会面临的重大课题，甲醇是未来重要的绿色能源之一。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)

ΔH＝＋206.0 kJ/mol

Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)

ΔH＝－129.0 kJ/mol

(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100 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1.0 mol CO与2.0 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，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)减小

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．重新平衡时减小

E．平衡常数K增大

(4)工业上利用甲醇制备氢气的常用方法有甲醇蒸气重整法。该法中的一个主要反应为CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)，此反应能自发进行的原因是：___。

(5)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

【解析】　(1)根据盖斯定律，将两个已知的热化学方程式相加可得：CH4(g)＋H2O(g)===CH3OH(g)＋H2(g)　ΔH＝＋77.0 kJ·mol－1。

(2)v(H2)＝3v(CH4)＝3×＝

0．0024 mol·L－1·min－1。根据三段式：

CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)

起始(mol/L)　0.01　  0.02　　　　0　　　　0

转化(mol/L)　0.004　 0.004　　0.004　　0.012

平衡(mol/L)　0.006　 0.016　　0.004　　0.012

则平衡常数：K＝＝7.2×10－5。

(3)增大压强，平衡向正反应方向移动，C、D项正确；但移动的结果不会抵消条件的改变，故c(H2)仍然增大，A项错误；增大压强正逆反应速率均增大，B项错误；平衡常数只与温度有关，温度不变平衡常数不变，E项错误。

(5)Co2＋在阳极失电子生成Co3＋。

【答案】　(1)CH4(g)＋H2O(g)===CH3OH(g)＋H2(g)

ΔH＝＋77.0 kJ·mol－1

(2)①0.0024 mol·L－1·min－1　②7.2×10－5

(3)CD

(4)该反应是一个熵增的反应(ΔS>0)

(5)①Co2＋－e－===Co3＋

②6Co3＋＋CH3OH＋H2O===CO2↑＋6Co2＋＋6H＋