Question

甲醇可作为燃料电池的原料．以CH4和H2O为原料，通过下列反应反应来制备甲醇．Ⅰ：CH4（g）+H2O（g）=CO（

甲醇可作为燃料电池的原料．以CH4和H2O为原料，通过下列反应反应来制备甲醇．Ⅰ：CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=+206.0kJ?mol-1Ⅱ：CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）△H=-129.0kJ?mol-1（1）CH4（g）与H2O（g）反应生成CH3OH（g）和H2（g）的热化学方程式为______．（2）将1.0mol CH4和2.0mol H2O（g）通入容积为100L的反应室，在一定条件下发生反应I，测得在一定的压强下CH4的转化率与温度的关系如图1．①假设100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H2表示该反应的平均反应速率为______．②100℃时反应I的平衡常数为______．（3）在压强为0.1MPa、温度为300℃条件下，将a mol CO与3a mol H2的混合气体在催化剂作用下发生反应Ⅱ生成甲醇，平衡后将容器的容积压缩到原来的12，其他条件不变，对平衡体系产生的影响是______ （填字母序号）．A．c（H2）减少 B．正反应速率加快，逆反应速率减慢 C．CH3OH 的物质的量增加D．重新平衡c(H2)c(CH3OH)减小 E．平衡常数K增大（4）写出甲醇-空气-KOH溶液的燃料电池负极的电极反应式：______．（5）甲醇对水质会造成一定的污染，有一种电化学法可消除这种污染，其原理是：通电后，将Co2+氧化成Co3+，然后以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化．实验室用图2装置模拟上述过程：①写出阳极电极反应式______．②写出除去甲醇的离子方程式______．

Answer 1

（1）I：CH₄ （g）+H₂O （g）=CO （g）+3H₂ （g）△H=+206.0kJ?mol^-1
II：CO （g）+2H₂ （g）=CH₃OH （g）△H=-129.0kJ?mol^-1
依据盖斯定律，Ⅰ+Ⅱ得到：CH₄（g）+H₂O（g）=CH₃OH （g）+H₂（g））△H=+77kJ?mol^-1
故答案为：CH₄（g）+H₂O（g）=CH₃OH （g）+H₂（g））△H=+77kJ?mol^-1；
（2）将1.0mol CH₄和2.0mol H₂O （ g ）通入容积固定为100L的反应室，在一定条件下发生反应I，由图象可知100℃甲烷转化率为50%，故参加反应的甲烷为1mol×50%=0.5mol，则：
             CH₄ （g）+H₂O （g）=CO （g）+3H₂ （g）
起始量（mol）：1.0     2.0      0        0
变化量（mol）：0.5     0.5      0.5      1.5
平衡量（mol）：0.5     1.5      0.5      1.5
①假设100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H₂表示该反应的平均反应速率=

1.5mol 100L

5min

=0.003 mol?L^-1?min^-1，
故答案为：0.003 mol?L^-1?min^-1；
②100℃时反应I的平衡浓度为c（CH₄）=0.050mol/L，c（H₂O）=0.015mol/L，c（CO）=0.005mol/L，c（H₂）=0.015mol/L，
平衡常数K=

0.005×0.0153

0.005×0.015

=2.25×10^-4，
故答案为：2.25×10^-4；
（3）A．平衡后将容器的容积压缩到原来的

1

2

，压强增大，平衡向正反应方向移动，生成物的浓度增大，由于平衡常数不变，结合平衡常数可知，平衡时反应物各组分的浓度都增大，故A错误；
B．压强增大，正、逆反应速率都增大，但正反应速率增大更多，故B错误；
C．压强增大，平衡向正反应方向移动，CH₃OH 的物质的量增加，故C正确；
D．压强增大，平衡向正反应方向移动，氢气的物质的量减小、甲醇的物质的量增大，故重新平衡

c(H2)

c(CH3OH)

减小，故D正确；
E．平衡常数只受温度影响，温度不变，平衡常数不变，故E错误，
故答案为：CD；
（4）负极发生氧化反应，甲醇在负极失去电子，碱性条件下生成碳酸根与水，负极电极反应式为：CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O，
故答案为：CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O；
（5）①、通电后，将Co²⁺氧化成Co³⁺，电解池中阳极失电子发生氧化反应，电极反应为Co²⁺-e^-=Co³⁺；
故答案为：Co²⁺-e^-=Co³⁺；
②、以Co³⁺做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化，自身被还原为Co²⁺，结合原子守恒与电荷守恒可知，还原生成H⁺，配平书写离子方程式为：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺；
故答案为：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．