Question

能源問(wèn)題是人類社會(huì)面臨的重大課題，甲醇是未來(lái)重要的綠色能源之一。以CH4和H2O為原料，通過(guò)下列反應(yīng)來(lái)制備甲醇。

Ⅰ.CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)

ΔH＝＋206.0 kJ/mol

Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)

ΔH＝－129.0 kJ/mol

(1)CH4(g)與H2O(g)反應(yīng)生成CH3OH(g)和H2(g)的熱化學(xué)方程式為_(kāi)____。

(2)將1.0 mol CH4和2.0 mol H2O(g)通入容積為100 L的反應(yīng)室，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)Ⅰ，測(cè)得在一定的壓強(qiáng)下CH4的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖。

①假設(shè)100 ℃時(shí)達(dá)到平衡所需的時(shí)間為5 min，則用H2表示該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率為_(kāi)_______；

②100 ℃時(shí)反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)為_(kāi)_______。

(3)在壓強(qiáng)為0.1 MPa、溫度為300 ℃條件下，將1.0 mol CO與2.0 mol H2的混合氣體在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)Ⅱ生成甲醇，平衡后將容器的容積壓縮到原來(lái)的，其他條件不變，對(duì)平衡體系產(chǎn)生的影響是________(填字母序號(hào))。

A．c(H2)減小

B．正反應(yīng)速率加快，逆反應(yīng)速率減慢

C．CH3OH的物質(zhì)的量增加

D．重新平衡時(shí)減小

E．平衡常數(shù)K增大

(4)工業(yè)上利用甲醇制備氫氣的常用方法有甲醇蒸氣重整法。該法中的一個(gè)主要反應(yīng)為CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)，此反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的原因是：___。

(5)甲醇對(duì)水質(zhì)會(huì)造成一定的污染，有一種電化學(xué)法可消除這種污染，其原理是：通電后，將Co2＋氧化成Co3＋，然后以Co3＋做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO2而凈化。實(shí)驗(yàn)室用下圖裝置模擬上述過(guò)程：

①寫出陽(yáng)極電極反應(yīng)式_______________；

②寫出除去甲醇的離子方程式___________________。

Answer 1

【解析】　(1)根據(jù)蓋斯定律，將兩個(gè)已知的熱化學(xué)方程式相加可得：CH4(g)＋H2O(g)===CH3OH(g)＋H2(g)　ΔH＝＋77.0 kJ·mol－1。

(2)v(H2)＝3v(CH4)＝3×＝

0．0024 mol·L－1·min－1。根據(jù)三段式：

CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)

起始(mol/L)　0.01　  0.02　　　　0　　　　0

轉(zhuǎn)化(mol/L)　0.004　 0.004　　0.004　　0.012

平衡(mol/L)　0.006　 0.016　　0.004　　0.012

則平衡常數(shù)：K＝＝7.2×10－5。

(3)增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，C、D項(xiàng)正確；但移動(dòng)的結(jié)果不會(huì)抵消條件的改變，故c(H2)仍然增大，A項(xiàng)錯(cuò)誤；增大壓強(qiáng)正逆反應(yīng)速率均增大，B項(xiàng)錯(cuò)誤；平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度不變平衡常數(shù)不變，E項(xiàng)錯(cuò)誤。

(5)Co2＋在陽(yáng)極失電子生成Co3＋。

【答案】　(1)CH4(g)＋H2O(g)===CH3OH(g)＋H2(g)

ΔH＝＋77.0 kJ·mol－1

(2)①0.0024 mol·L－1·min－1　②7.2×10－5

(3)CD

(4)該反應(yīng)是一個(gè)熵增的反應(yīng)(ΔS>0)

(5)①Co2＋－e－===Co3＋

②6Co3＋＋CH3OH＋H2O===CO2↑＋6Co2＋＋6H＋