Question

甲醇與水蒸氣催化重整可獲得清潔能源，具有廣泛的應用前景．
已知：I：CH₃OH （g）+

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2

O₂ （g）═CO₂（g）+2H₂（g）△△H₁=-192.9kJ/mol
Ⅱ：2H₂（g）+O₂ （g）═2H₂O（g）△△H₂=-241.8kJ/mol
（1）甲醇蒸氣與水蒸氣反應生成CO₂（g） 與 H₂（g）的熱化學方程式為

 

．
（2）將1.0mol CH₃OH （g）和2.0mol O₂ （ g ）通入容積為10L的反應器，在一定條件下發(fā)生反應I，測得在一定壓強下CH₃OH （g）的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖1．假設100℃時達到平衡所需的時間為5min，則用H₂表示該反應的平均反應速率為v（H₂）=

 

．該反應的平衡常數(shù)表達式為K=

 

．
（3）在某溫度和壓強下，將一定量 H₂與O₂充入密閉容器發(fā)生反應Ⅱ，平衡后壓縮容器體積至原來的

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2

，其他條件不變，對平衡體系產(chǎn)生的影響是

 

（填序號）：
a．平衡常數(shù)K增大；  b．正反應速率加快，逆反應速率減慢； c．重新平衡c（ H₂ ）/c（H₂O ）減�。�
（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2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

 

．
（5）甲醇在催化劑條件下可以直接氧化成甲酸．在常溫下，用0.1000mol/L NaOH溶液滴定20.00mL 0.1000mol/L 甲酸溶液過程中，當混合液的pH=7時，所消耗的V（NaOH）

 

（填“＜”或“＞”或“=”） 20.00mL．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,熱化學方程式,電解原理

專題：

分析：（1）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算所需熱化學方程式；
（2）100℃時達到平衡時，甲烷轉(zhuǎn)化率為50%，結(jié)合化學平衡三段式列式計算平衡時各組分的物質(zhì)的量，根據(jù)c=

△n V

△t

計算v（H₂）；平衡常數(shù)等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應物冪次方乘積；
（3）其他條件不變，平衡后將容器的容積壓縮到原來的

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2

，壓強增大，正、逆反應速率都增大，但正反應速率增大更多，平衡向正反應方向移動，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，平衡時反應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，電極反應為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⁺；
（5）NaOH和甲酸恰好反應時生成強堿弱酸鹽，溶液呈堿性，若要呈中性，則甲酸過量．

解答： 解：（1）I：CH₃OH （g）+

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O₂ （g）═CO₂（g）+2H₂（g）△H₁=-192.9kJ/mol
Ⅱ：2H₂（g）+O₂ （g）═2H₂O（g）△H₂=-241.8kJ/mol
依據(jù)蓋斯定律Ⅰ-Ⅱ×

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得到CH₃OH （g）+H₂O （g）=CO₂（g）+3 H₂（g）△H=-72.0kJ/mol；
故答案為：CH₃OH （g）+H₂O （g）=CO₂（g）+3 H₂（g）△H=-72.0kJ/mol；
（2）將1.0mol CH₃OH和2.0mol O₂ （ g ）通入容積固定為10L的反應室，在一定條件下發(fā)生反應I，由圖象可知100℃甲醇轉(zhuǎn)化率為50%，故參加反應的甲醇為1mol×50%=0.5mol，則：
             CH₃ OH（g）+

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O₂ （g）=CO₂ （g）+2H₂ （g）
起始量（mol）：1.0      2.0       0        0
變化量（mol）：0.5      0.25      0.5     1.0
平衡量（mol）：0.5      1.75      0.5      1.0
假設100℃時達到平衡所需的時間為5min，則用H₂表示該反應的平均反應速率=

1.0mo 10L

5min

=0.02 mol?L^-1?min^-1，該反應的平衡常數(shù)表達式為K=

c(CO2)c2(H2)

c(CH3OH)c 1 2 (O2)

故答案為：0.02；

c(CO2)c2(H2)

c(CH3OH)c 1 2 (O2)

；
（3）a．平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變，平衡常數(shù)不變，故a錯誤；
b．壓強增大，正、逆反應速率都增大，但正反應速率增大更多，故b錯誤；
c．壓強增大，平衡向正反應方向移動，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c正確；
故答案為：c；
（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，電極反應為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⁺．
（5）NaOH和甲酸恰好反應時生成強堿弱酸鹽，溶液呈堿性，若要呈中性，則甲酸過，所以滴定到pH=7時，V（NaOH）＜20.00ml，故答案為：＜；

點評：本題考查熱化學方程式書寫、化學平衡圖象、影響化學平衡因素、平衡常數(shù)與反應速率計算、原電池等，掌握基礎(chǔ)是解本題的關(guān)鍵，題目難度中等．