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(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如右圖。

①假設(shè)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，其他條件不變，對平衡體系產(chǎn)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(zhì)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(zhì)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Co^2＋氧化成Co^3＋，然后以Co^3＋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）①0.003 mol·L^－1·min^－1　②2.25×10^－4
（3）CD
（4）CH₃OH－6e^－＋8OH^－=CO₃^2-＋6H₂O
（5）Co^2＋－e^－=Co^3＋　6Co^3＋＋CH₃OH＋H₂O=CO₂↑＋6Co^2＋＋6H^＋

（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(guān)，E錯誤。（4）負極上甲醇反應，KOH為電解質(zhì)，產(chǎn)物為CO₃^2-，“三步書寫”。（5）陽極發(fā)生氧化反應，Co^2＋生成Co^3＋。Co^3＋將甲醇氧化，生成Co^2＋和CO₂，注意溶液呈酸性。