Question

【题目】甲醇可作为燃料电池的原料．以CH4和H2O为原料，通过下列反应反应来制备甲醇．
I：CH4 （ g ）+H2O （ g ）=CO （ g ）+3H2 （g ）△H=+206.0kJmol﹣1
II：CO （ g ）+2H2 （ g ）=CH3OH （ g ）△H=﹣129.0kJmol﹣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1.0molCH4和2.0molH2O （g ）通入容积为100L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1．①假设100℃时达到平衡所需的时间为5min，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0.1Mpa、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 ，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.c （ H2 ）/c （CH3OH ）减小
E.平衡常数K增大
（4）写出甲醇﹣空气﹣KOH溶液的燃料电池负极的电极反应式： ．
（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污染，其原理如图2．通电后，Co2+放电变为Co3+ ， 然后以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化．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

【答案】
（1）CH4（g）+H2O（g）=CH3OH（g）+H2（g）△H=+77.0 kJ/mol
（2）0.003mol?L﹣1?min﹣1；2.25×10﹣4
（3）CD
（4）CH3OH﹣6e﹣+8OH﹣═CO32﹣+6H2O
（5）Co2+﹣e﹣=Co3+；6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+
【解析】解：（1）①CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=+206.0kJ/mol ②CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）△H=+129.0kJ/mol将方程式①﹣②得CH4（g）+H2O（g）=CH3OH（g）+H2（g）△H=+206.0kJ/mol﹣（﹣129.0kJ/mol）=+77.0 kJ/mol，故答案为：CH4（g）+H2O（g）=CH3OH（g）+H2（g）△H=+77.0kJ/mol；（2）将1.0mol CH4和2.0mol H2O （ g ）通入容积固定为100L的反应室，在一定条件下发生反应I，由图象可知100℃甲烷转化率为50%，故参加反应的甲烷为1mol×50%=0.5mol，则：
CH4 （g）+H2O （g）=CO（g）+3H2 （g）
起始量（mol）：1.0 2.00 0
变化量（mol）：0.5 0.50.5 1.5
平衡量（mol）：0.5 1.50.5 1.5
①假设100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H2表示该反应的平均反应速率= =0.003 molL﹣1min﹣1 ， 故答案为：0.003 molL﹣1min﹣1；②100℃时反应I的平衡浓度为c（CH4）=0.050mol/L，c（H2O）=0.015mol/L，c（CO）=0.005mol/L，c（H2）=0.015mol/L，平衡常数K= =2.25×10﹣4 ， 故答案为：2.25×10﹣4；（3）A．平衡后将容器的容积压缩到原来的 ，压强增大，平衡向正反应方向移动，生成物的浓度增大，由于平衡常数不变，结合平衡常数可知，平衡时反应物各组分的浓度都增大，故A错误； B．压强增大，正、逆反应速率都增大，但正反应速率增大更多，故B错误； C．压强增大，平衡向正反应方向移动，CH3OH 的物质的量增加，故C正确； D．压强增大，平衡向正反应方向移动，氢气的物质的量减小、甲醇的物质的量增大，故重新平衡 减小，故D正确； E．平衡常数只受温度影响，温度不变，平衡常数不变，故E错误，故答案为：CD；（4）负极发生氧化反应，甲醇在负极失去电子，碱性条件下生成碳酸根与水，负极电极反应式为：CH3OH﹣6e﹣+8OH﹣═CO32﹣+6H2O，故答案为：CH3OH﹣6e﹣+8OH﹣═CO32﹣+6H2O；（5）①通电后，将Co2+氧化成Co3+ ， 电解池中阳极失电子发生氧化反应，电极反应为Co2+﹣e﹣=Co3+ ， 故答案为：Co2+﹣e﹣=Co3+；②以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化，自身被还原为Co2+ ， 结合原子守恒与电荷守恒可知，还原生成H+ ， 配平书写离子方程式为：6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+ ， 故答案为：6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+ ．
（1）①CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=+206.0kJ/mol ②CO（g）+2 H2（g）=CH3OH（g）△H=+129.0 kJ/mol将方程式①﹣②得；（2）100℃时达到平衡时，甲烷转化率为50%，结合化学平衡三段式列式计算平衡时各组分的物质的量，①根据c= 计算v（H2）②计算平衡状态时各物质的浓度，代入平衡常数表达式计算；（3）其他条件不变，平衡后将容器的容积压缩到原来的 ，压强增大，正、逆反应速率都增大，但正反应速率增大更多，平衡向正反应方向移动，生成物的浓度增大，由于温度不变，则平衡常数不变，结合平衡常数可知，平衡时反应物各组分的浓度都增大，据此分析解答；（4）负极发生氧化反应，甲醇在负极失去电子，碱性条件下生成碳酸根与水；（5）①通电后，将Co2+氧化成Co3+ ， 电解池中阳极失电子发生氧化反应，电极反应为Co2+﹣e﹣=Co3+；②以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化，自身被还原为Co2+ ， 原子守恒与电荷守恒可知，还原生成H+ ， 配平书写为：6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+；③负极发生氧化反应，甲醇在负极失去电子，碱性条件下生成碳酸根与水；利用电池反应方程式2CH3OH+3O2+4KOH═2K2CO3+6H20分析．