Question

甲醇可作電池的原料，也會造成環(huán)境污染．請根據(jù)有關(guān)反應(yīng)回答問題．
（1）以CH₄和H₂O為原料，通過下列反應(yīng)可制備甲醇．
①CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+206.0kJ?mol^-1
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）△H=-129.0kJ?mol^-1
則CH₄（g）+H₂O（g）?CH₃OH （g）+H₂（g）的△H=

 

kJ?mol^-1．
（2）將1.0mol CH₄（g）和2.0mol H₂O（g）通入容積為10L的容器，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)①，測得在一定壓強下CH₄的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖1，設(shè)100℃時達(dá)到平衡所需的時間為5min，則這時間段v（H₂）=

 

mol?L^-1?min^-1．
（3）在一定溫度下，將一定量CO和H₂充入密閉容器發(fā)生反應(yīng)②，達(dá)到平衡后，若壓縮容器體積至原的

1

2

，對平衡體系產(chǎn)生的影響是

 

（填序號）．
①c（H₂）減小  ②CH₃OH 的物質(zhì)的量增加   ③新平衡時，

c(H2)

c(CH3OH)

減小，④正反應(yīng)速率加快，逆反應(yīng)速率減慢    ⑤平衡常數(shù)K增大
（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)用如圖2裝置模擬上述過程，則：Co²⁺在陽極的電極反應(yīng)式為

 

；
②請完成除去甲醇的離子方程式：

 

Co³⁺+CH₃OH+

 

=

 

Co²⁺+CO₂↑+6H⁺．

Answer 1

考點：轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強的變化曲線,用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,化學(xué)平衡的影響因素,電解原理

專題：

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律來分析；
（2）列三段式表示各物質(zhì)起始量、轉(zhuǎn)化量、平衡量；依據(jù)反應(yīng)速率計算公式V=

△C

△t

計算解答；
（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，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(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）已知：①CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+206.0kJ?mol^-1
              ②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）△H=-129.0kJ?mol^-1
將①+②可得：CH₄（g）+H₂O（g）?CH₃OH （g）+H₂（g）的△H=（+206.0KJ/mol）+（-129.0KJ/mol）=-77KJ/mol，故答案為：-77；
（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℃時達(dá)到平衡所需的時間為5min，則用H₂表示該反應(yīng)的平衡反應(yīng)速率V（H₂）=

1.5mol 10L

5min

=0.03 mol?L^-1?min^-1，
故答案為：0.03 mol?L^-1?min^-1；
（3）在一定條件下，將一定量的CO和氫氣的混合氣體在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)Ⅱ生成甲醇，CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-129.0kJ/mol；
平衡后將容器的容積壓縮到原來的

1

2

，其他條件不變，體積減小壓強增大，反應(yīng)速率增大，平衡正向進(jìn)行．
①體積減小，c（H₂）增大，故A錯誤；
②體積減小，壓強增大，平衡正向進(jìn)行，CH₃OH的物質(zhì)的量增加，故正確；
③體積減小，壓強增大，平衡正向進(jìn)行，重新平衡時c（H₂）/c（CH₃OH）減小，故正確；
④壓強增大，正逆反應(yīng)速率都加快，故錯誤；
⑤平衡常數(shù)K只隨溫度的而變化，故錯誤
故選②③；
（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⁺；6，H₂O，6．

點評：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)速率計算、原電池等，掌握基礎(chǔ)是解本題的關(guān)鍵，題目難度中等．