Question

工业常用燃料与水蒸气反应制各H₂和CO，再用H₂和CO合成甲醇。

（1）制取H₂和CO通常采用：C(s)+H₂O(g) CO(g)+H₂(g)   △H=＋131.4kJ·mol^-1，下列判断正确的是_______。

A．该反应的反应物总能量小于生成物总能量

B．标准状况下，上述反应生成IL H₂气体时吸收131.4kJ的热量

C．若CO(g)+H₂(g) C(s)+H₂O(l)   △H=-QkJ·mol^-1，则Q<131.4

D．若C(s)+CO₂(g) 2CO(g) △H₁；CO(g)+H₂O(g) H₂(g)+CO₂(g) △H₂ 则：△H₁+△H₂=+131.4 kJ·mol^-1

（2）甲烷与水蒸气反应也可以生成H₂和CO．该反应为：CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g)

己知在某温度下2L的密闭绝热容器中充入2.00mol甲烷和1.00mol水蒸气，测得的数据如下表：

	不同时间各物质的物质的量/mol
0min	2min	4min	6min
CH4	2.00	1.76	1.60	n2
H2	0.00	0.72	n1	1.20

根据表中数据计算：

①0min～2min内H₂的平均反应速率为_______。

②达平衡时，CH₄的转化率为________。在上述平衡体系中再充入2.00mol甲烷和1.00mol水蒸气，达到新平衡时H₂的体积分数与原平衡相比______(填“变大”、“变小”或“不变”)，可判断该反应达到新平衡状态的标志有______(填字母)

A．CO的含量保持不变

B．容器中c(CH₄)与c(CO)相等

C．容器中混合气体的密度保持不变

D．3v_正(CH₄)=v_逆(H₂)

( 3 ）合成甲醇工厂的酸性废水中含有甲醇(CH₃OH)，常用向废液中加入硫酸钴，再用微生物电池电解，电解时Co²⁺被氧化成Co³⁺，Co³⁺把水中的甲醇氧化成CO₂，达到除去甲醇的目的。工作原理如下图(c为隔膜，甲醇不能通过，其它离子和水可以自由通过)。

①a电极的名称为________。

②写出除去甲醇的离子方程式____________

Answer

(14分)（1）ad；（2）①0.18mol·L-1·min-1②20%；变小；ad；

（3）①阳极；② 6 Co3+ +CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+ 。

【解析】

试题分析：（1）A．反应是吸热反应，依据能量守恒分析判断，生成物能量总和大于反应物能量总和，正确； B．标准状况下，上述反应生成1mol H2 气体时吸收131.4 kJ的热量，错误； C．若CO(g)+H2 (g) C(s)+ H2O(1)△H=-QkJ•mol-1 ，则Q=131.4，错误； d、根据盖斯定律，若C（s）+CO2(g) 2CO(g)△H1 ；CO(g)+ H2O(g) H2 (g)+ CO2(g) △H2 则：△H1 +△H2=+131.4kJ•mol-1 ，正确。故正确选项是ad；（2）①0min～2min 内H2的平均反应速率为v(H2)= 0.72mol÷2L÷2min=0.18mol/(L·min)；②4min时，参加反应的甲烷为2mol-1.6mol=0.4mol，生成氢气为0.4mol×3=1.2mol，达到平衡，此时甲烷的转化率为(0.4mol÷2.00mol)×100%=20%；在上述平衡体系中再充入2.00mol甲烷和1.00mol 水蒸气，压强增大，由于该反应的正反应是气体体积增大的反应，增大压强，化学平衡向逆反应方向移动，达到新平衡时H2 的体积分数与原平衡相比变小；a．由于该反应是反应前后气体体积不等的反应，若反应为达到平衡，则反应体系的任何一种物质的浓度会发生改变，物质的含量也会发生变化，现在CO的含量保持不变，则反应达到平衡； b．容器中c(CH4)与c(CO)相等，反应可能处于平衡状态，也可能未处于平衡状态，因此不一定是平衡状态，错误；c．在反应过程中气体的质量和容器的容积不变，因此容器中混合气体的密度一直不变，不变据此判断反应是否处于平衡状态，错误；d．在任何时刻都存在3ν正(CH4 )=ν正(H2)，若3ν正(CH4 )=ν逆(H2)，则ν正(H2) =ν逆(H2)，反应达到平衡状态，正确。（3）①电极a上溶液中的Co2+ 被氧化成Co3+ ，发生氧化反应，为电解池的阳极；所以a是阳极；②甲醇被氧化生成二氧化碳，Co3+被还原生成Co2+，溶液呈酸性，则生成物中含有氢离子，所以该反应离子方程式为：6Co3+ +CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+ 。

【考点定位】考查化学反应速率的计算、化学平衡状态的判断、物质的平衡转化率的计算及有关电解原理的应用的知识。

【名师点睛】化学反应速率、化学平衡理论是化学学习的重要理论。化学反应速率是恒量化学反应进行的快慢程度的物理量，是用单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增加表示；化学平衡是恒量反应进行的程度的物理量，当反应达到平衡时，反应物达到最大转化程度。用化学平衡常数表示，化学平衡常数是可逆反应达到平衡状态时，各生成物浓度幂之积与各反应物浓度幂之积的比。固体和纯液体的浓度不变，通常认为是1，不能出现在化学平衡常数中。当可逆反应达到平衡状态时，反应体系的任何一种物质的浓度不变，物质的量分数或质量分数不变。用同一物质表示的正反应速率和逆反应速率保存不变。可以根据平衡用电脑原理分析外界条件对化学平衡移动的影响。增大某种反应物质的浓度时，可以使平衡正向移动，该物质的转化量增大，但是转化率可能增大、不变或减小，这与反应的特点有关，与该物质的聚集状态有关。若该物质不是固体、纯液体，则可以使其它反应物质的转化率增大。可逆反应处于平衡状态时，用同一物质表示的正反应速率和逆反应相同。