Question

（16分）（1）甲醇可作為燃料電池的原料。以CH4和H2O為原料，通過下列反應來制備甲醇。

① CH4(g)+H2O(g)＝CO(g) + 3H2(g) △H ＝+206.0 kJ·mol－1

② CO(g)+2H2(g)＝CH3OH (g) △H ＝－129.0 kJ·mol－1

CH4(g)與H2O(g)反應生成CH3OH (g)和H2(g)的△H= 。

（2）將1.0 mol CH4和2.0 mol H2O ( g )通入容積為10 L的反應器，在一定條件下發(fā)生反應①，測得在一定壓強下CH4的轉(zhuǎn)化率與溫度的關系如圖。

假設100 ℃時達到平衡所需的時間為5 min，則用H2表示該反應的平均反應速率為 mol·L-1·min-1。

（3）在某溫度和壓強下，將一定量 CO與H2充入密閉容器發(fā)生反應②生成甲醇，平衡后壓縮容器體積至原來的l/2，其他條件不變，對平衡體系產(chǎn)生的影響是 (填序號)：

A.c ( H2 )減少；

B.平衡常數(shù)K增大；

C.CH3OH 的物質(zhì)的量增加；

D.正反應速率加快，逆反應速率減慢；

E.重新平衡c ( H2 )/ c (CH3OH )減小。

（4）電解法可消除甲醇對水質(zhì)造成的污染，原理是：通電將Co2+氧化成Co3+，然后Co3+將甲醇氧化成CO2和H+（用石墨烯吸附除去Co2+）。現(xiàn)用圖裝置模擬上述過程，

則： Co2+在陽極的電極反應式為： ；除去甲醇的離子方程式為 。

 

Answer 1

（16分）（1）+77.0 kJ/mol；(3分)（2）0.03（3分） ；（3）(4分)C、E；

（4）Co2+－e-= Co3+ (3分） 6Co3++CH3OH+H2O ==6Co2++CO2↑+6H+（3分）

【解析】

試題分析：①+②，整理可得：CH4(g)+H2O(g)=CH3OH (g)+H2(g) △H=+77.0 kJ/mol；（2）根據(jù)圖像可知在100 ℃時達到平衡CH4的轉(zhuǎn)化率是50%，所以根據(jù)方程式中物質(zhì)之間的關系可知：平衡時H2的濃度是0.15mol/L,則用H2表示該反應的平均反應速率為V(H2)= 0.15mol/L÷5 min=0.03mol/(L·min)；（3）A．平衡后壓縮容器體積至原來的l/2，則物質(zhì)的濃度都比原來大，平衡正向移動，是反應物的濃度有所減小，但是平衡移動的趨勢是微弱的，所以c ( H2 )也增大，錯誤； B.由于平衡常數(shù)K只與溫度有關，溫度不變，化學平衡常數(shù)就不變，錯誤； C．增大壓強，平衡正向移動，所以生成物CH3OH 的物質(zhì)的量增加，正確；D．壓縮容器的容積，則物質(zhì)的濃度增大，所以正反應速率加快，逆反應速率也加快，錯誤； E．由于平衡正向移動，所以重新平衡c ( H2 )比原來的2倍小，而c (CH3OH )比原來的2倍大，因此c ( H2 )/ c (CH3OH )減小，正確；（4）根據(jù)題意可知： Co2+在陽極被氧化為Co3+，電極反應式為Co2+－e-= Co3+；Co3+將甲醇氧化成CO2和H+，根據(jù)電荷守恒、電子守恒和質(zhì)量守恒定律可得反應的方程式是：6Co3++CH3OH+H2O ==6Co2++CO2↑+6H+。

考點：考查蓋斯定律的應用、熱化學方程式的書寫、化學反應速率的計算、外界條件對平衡移動的影響、電解原理在廢水處理中的應用的知識。