Question

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。

Ⅰ：CH4（g）＋H2O（g）=CO（g）＋3H2（g）   ΔH＝206.0 kJ·mol－1

Ⅱ：CO（g）＋2H2（g）＝CH3OH（g）   ΔH＝－129.0 kJ·mol－1

（1）CH4（g）與H2O（g）反應生成CH3OH（g）和H2（g）的熱化學方程式為____________________。

（2）將1.0 mol CH4和2.0 mol H2O（g）通入容積為100 L的反應室，在一定條件下發(fā)生反應Ⅰ，測得在一定的壓強下CH4的轉化率與溫度的關系如右圖。

①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________。

②100 ℃時反應Ⅰ的平衡常數(shù)為________。

（3）在壓強為0.1 MPa、溫度為300 ℃條件下，將a mol CO與3a mol H2的混合氣體在催化劑作用下發(fā)生反應Ⅱ生成甲醇，平衡后將容器的容積壓縮到原來的1/2，其他條件不變，對平衡體系產生的影響是________（填字母序號）。

A．c（H2）減少

B．正反應速率加快，逆反應速率減慢

C．CH3OH 的物質的量增加

D．重新平衡c（H2）/c（CH3OH）減小

E．平衡常數(shù)K增大

(4) 寫出甲醇－空氣－KOH溶液的燃料電池負極的電極反應式：______________________。

（5）甲醇對水質會造成一定的污染，有一種電化學法可消除這種污染，其原理是：通電后，將Co2＋氧化成Co3＋，然后以Co3＋做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO2而凈化。實驗室用如圖裝置模擬上述過程：

①寫出陽極電極反應式________。

②寫出除去甲醇的離子方程式_______________。

Answer 1

（1）CH4（g）＋H2O（g）=CH3OH（g）＋H2（g）  ΔH＝77.0 kJ·mol－1  （2分）

（2）①0.003 mol·L－1·min－1（2分）�、�2.25×10－4 （2分）

（3）CD（2分）

（4）CH3OH－6e－＋8OH－=CO32-＋6H2O（2分）

（5）Co2＋－e－=Co3＋（2分）　6Co3＋＋CH3OH＋H2O=CO2↑＋6Co2＋＋6H＋（2分）

【解析】（1）寫熱化學方程式，注意聚集狀態(tài)，目標反應可由反應Ⅰ、Ⅱ相加得到，計算出反應熱。（2）計算速率和平衡常數(shù)時要注意容積的體積。計算H2的速率，

方法一：v（H2）＝3v（CH4）＝3×＝0.003 mol·L－1·min－1，

方法二：根據(jù)“三行式”

　  　　　 　CH4（g）＋ 　H2Og= CO（g）＋3H2（g）

n（始）/mol　　　1.0　　 　2.0　　　　0　　　0

n（變）/mol　　　0.5　　 　0.5　　　　0.5　　1.5

n（平）/mol　　　0.5　　 　1.5　　　　0.5　　1.5

 v（H2）＝＝＝0.003 mol·－1·min－1

K＝＝＝2.25×10－4

（3）體積壓縮為原來的一半，則濃度變?yōu)樵瓉淼?倍，平衡的移動是個“減弱”的過程，濃度比原平衡大，A錯誤。壓強增大，正逆反應速率均增大，B錯誤。壓強增大，平衡向正反應方向移動，C、D正確。平衡常數(shù)只與溫度有關，E錯誤。（4）負極上甲醇反應，KOH為電解質，產物為CO32-，“三步書寫”。（5）陽極發(fā)生氧化反應，Co2＋生成Co3＋。Co3＋將甲醇氧化，生成Co2＋和CO2，注意溶液呈酸性。