Question

（1）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=+206.0kJ?mol^-1
Ⅱ：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH （g）△H=-129.0kJ?mol^-1
CH₄（g）与H₂O（g）反应生成CH₃OH （g）和H₂（g）的△H=

 

．
（2）将1.0mol CH₄和2.0mol H₂O （ g ）通入容积为10L的反应器，在一定条件下发生反应I，测得在一定压强下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5min，则用H₂表示该反应的平均反应速率为

 

mol?L^-1?min^-1．

（3）在某温度和压强下，将一定量 CO与H₂充入密闭容器发生反应II生成甲醇，平衡后压缩容器体积至原来的

1

2

，其他条件不变，对平衡体系产生的影响是

 

（填序号）：
a．c （ H₂ ）减少；  b．平衡常数K增大；  
c．CH₃OH 的物质的量增加；
d．正反应速率加快，逆反应速率减慢；   
e．重新平衡

c(H2)

c(CH3OH)

减小．
（4）电解法可消除甲醇对水质造成的污染，原理是：通电将Co²⁺氧化成Co³⁺，然后Co³⁺将甲醇氧化成CO₂和H⁺（用石墨烯吸附除去Co²⁺）．现用如图2装置模拟上述过程，则：Co²⁺在阳极的电极反应式为：

 

；除去甲醇的离子方程式为

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的影响因素,热化学方程式,反应速率的定量表示方法,电解原理

专题：

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算应用；
（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，根据c=

△n V

△t

计算v（H₂）；
（3）其他条件不变，平衡后将容器的容积压缩到原来的

1

2

，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）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⁺；
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⁺；

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
依据盖斯定律Ⅰ+Ⅱ得到CH₄（g）+H₂O（g）=CH₃OH （g）+H₂（g）△H=+77.0 kJ?mol^-1
故答案为：+77.0 kJ?mol^-1；
（2）将1.0mol CH₄和2.0mol H₂O （ g ）通入容积固定为10L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      2.0       0        0
变化量（mol）：0.5      0.5      0.5     1.5
平衡量（mol）：0.5      1.5      0.5       1.5
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=

1.5mol 10L

5min

=0.03 mol?L^-1?min^-1，
故答案为：0.03；
（3）a．平衡后将容器的容积压缩到原来的

1

2

，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．平衡常数只受温度影响，温度不变，平衡常数不变，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，正、逆反应速率都增大，但正反应速率增大更多，故d错误；
e．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

c(H2)

c(CH3OH)

减小，故e正确；
故答案为：ce；
（4）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⁺；
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：Co²⁺-e^-=Co³⁺；6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．

点评：本题考查热化学方程式书写、化学平衡图象、影响化学平衡因素、平衡常数与反应速率计算、原电池等，掌握基础是解本题的关键，题目难度中等．