Question

（16分）

（1）甲醇可作为燃料电池的原料。以CH₄和H₂O为原料，通过下列反应来制备甲醇。

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

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

CH₄(g)与H₂O(g)反应生成CH₃OH (g)和H₂(g)的△H=          。

（2）将1.0 mol CH₄和2.0 mol H₂O ( g )通入容积为10 L的反应器，在一定条件下发生反应I，测得在一定压强下CH₄的转化率与温度的关系如图。假设100 ℃时达到平衡所需的时间为5 min，则用H₂表示该反应的平均反应速率为      mol·L^-1·min^-1。

（3）在某温度和压强下，将一定量 CO与H₂充入密闭容器发生反应II生成甲醇，平衡后压缩容器体积至原来的l/2，其他条件不变，对平衡体系产生的影响是     (填序号)：

a．c ( H₂ )减少； 

b.平衡常数K增大； 

c．CH₃OH 的物质的量增加；

d．正反应速率加快，逆反应速率减慢；  

e．重新平衡c ( H₂ )/ c (CH₃OH )减小。

（4）电解法可消除甲醇对水质造成的污染，原理是：通电将Co²⁺氧化成Co³⁺，然后Co³⁺将甲醇氧化成CO₂和H⁺（用石墨烯吸附除去Co²⁺）。现用下图装置模拟上述过程，

则：

Co²⁺在阳极的电极反应式为：                           ；

除去甲醇的离子方程式为                               。

Answer

（1）+77.0 kJ·mol－1 （2）0.03

（3）c e

（4）Co2+－e-= Co3+（或6Co2+－6e-=6Co3+，3分）

6Co3++CH3OH+H2O ==6Co2++CO2↑+6H+

【解析】

试题分析：（1）由盖斯定律，方程式I 和II的焓变相加，可计算得到CH4(g)与H2O(g)反应生成CH3OH (g)和H2(g)的热化学方程式为：CH4(g)+H2O(g)＝H2(g) +CH3OH (g) △H ＝+77.0 kJ·mol－1；由方程式I，结合图像，计算得甲烷表示的化学反应速率为0.01 mol·L-1·min-1，进而解得氢气表示的反应速率；（3）改变条件会导致各成分的浓度增大，且压强增大，反应速率增大，平衡正向移动，甲醇的物质的量增加，重新平衡时c ( H2 )/ c (CH3OH )减小。由于温度恒定，所以K值不变；（4）由电解原理，阳极发生氧化反应：Co2+－e-= Co3+（或6Co2+－6e-=6Co3+），由“Co3+将甲醇氧化成CO2和H+”确定除去甲醇的离子方程式：6Co3++CH3OH+H2O ==6Co2++CO2↑+6H+。

考点：盖斯定律、化学反应速率的计算、化学平衡的移动、电极反应式的书写。