Question

（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(yīng)來制備甲醇．
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）與H₂O（g）反應(yīng)生成CH₃OH （g）和H₂（g）的△H=

 

．
（2）將1.0mol CH₄和2.0mol H₂O （ g ）通入容積為10L的反應(yīng)器，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)I，測得在一定壓強(qiáng)下CH₄的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖1．假設(shè)100℃時(shí)達(dá)到平衡所需的時(shí)間為5min，則用H₂表示該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率為

 

mol?L^-1?min^-1．

（3）在某溫度和壓強(qiáng)下，將一定量 CO與H₂充入密閉容器發(fā)生反應(yīng)II生成甲醇，平衡后壓縮容器體積至原來的

1

2

，其他條件不變，對(duì)平衡體系產(chǎn)生的影響是

 

（填序號(hào)）：
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(yīng)速率加快，逆反應(yīng)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(duì)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)用如圖2裝置模擬上述過程，則：Co²⁺在陽極的電極反應(yīng)式為：

 

；除去甲醇的離子方程式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的影響因素,熱化學(xué)方程式,反應(yīng)速率的定量表示方法,電解原理

專題：

分析：（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算應(yīng)用；
（2）100℃時(shí)達(dá)到平衡時(shí)，甲烷轉(zhuǎn)化率為50%，結(jié)合化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量，根據(jù)c=

△n V

△t

計(jì)算v（H₂）；
（3）其他條件不變，平衡后將容器的容積壓縮到原來的

1

2

，壓強(qiáng)增大，正、逆反應(yīng)速率都增大，但正反應(yīng)速率增大更多，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，生成物的濃度增大，由于溫度不變，則平衡常數(shù)不變，結(jié)合平衡常數(shù)可知，平衡時(shí)反應(yīng)物各組分的濃度都增大，據(jù)此分析解答；
（4）通電后，將Co²⁺氧化成Co³⁺，電解池中陽極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為Co²⁺-e^-=Co³⁺；
以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化，自身被還原為Co²⁺，原子守恒與電荷守恒可知，還原生成H⁺，配平書寫為：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
依據(jù)蓋斯定律Ⅰ+Ⅱ得到CH₄（g）+H₂O（g）=CH₃OH （g）+H₂（g）△H=+77.0 kJ?mol^-1
故答案為：+77.0 kJ?mol^-1；
（2）將1.0mol CH₄和2.0mol H₂O （ g ）通入容積固定為10L的反應(yīng)室，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)I，由圖象可知100℃甲烷轉(zhuǎn)化率為50%，故參加反應(yīng)的甲烷為1mol×50%=0.5mol，則：
             CH₄ （g）+H₂O （g）=CO （g）+3H₂ （g）
起始量（mol）：1.0      2.0       0        0
變化量（mol）：0.5      0.5      0.5     1.5
平衡量（mol）：0.5      1.5      0.5       1.5
假設(shè)100℃時(shí)達(dá)到平衡所需的時(shí)間為5min，則用H₂表示該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率=

1.5mol 10L

5min

=0.03 mol?L^-1?min^-1，
故答案為：0.03；
（3）a．平衡后將容器的容積壓縮到原來的

1

2

，壓強(qiáng)增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，生成物的濃度增大，由于平衡常數(shù)不變，結(jié)合平衡常數(shù)可知，平衡時(shí)反應(yīng)物各組分的濃度都增大，故a錯(cuò)誤；
b．平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變，平衡常數(shù)不變，故b錯(cuò)誤；
c．壓強(qiáng)增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CH₃OH 的物質(zhì)的量增加，故c正確；
d．壓強(qiáng)增大，正、逆反應(yīng)速率都增大，但正反應(yīng)速率增大更多，故d錯(cuò)誤；
e．壓強(qiáng)增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，氫氣的物質(zhì)的量減小、甲醇的物質(zhì)的量增大，故重新平衡

c(H2)

c(CH3OH)

減小，故e正確；
故答案為：ce；
（4）通電后，將Co²⁺氧化成Co³⁺，電解池中陽極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為Co²⁺-e^-=Co³⁺；
以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化，自身被還原為Co²⁺，結(jié)合原子守恒與電荷守恒可知，還原生成H⁺，配平書寫離子方程式為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺；
故答案為：Co²⁺-e^-=Co³⁺；6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．

點(diǎn)評(píng)：本題考查熱化學(xué)方程式書寫、化學(xué)平衡圖象、影響化學(xué)平衡因素、平衡常數(shù)與反應(yīng)速率計(jì)算、原電池等，掌握基礎(chǔ)是解本題的關(guān)鍵，題目難度中等．