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填空题 (12分)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=+206.0kJ·mol-1
II: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1.0molCH4和2.0molH2O(g)通入容积为10L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下图。
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amol CO与3amol 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l/2,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 重新平衡减小
E.平衡常数K增大
(4)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。实验室用下图装置模拟上述过程:
①写出阳极电极反应式 。
②写出除去甲醇的离子方程式 。
填空题 (12分)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=+206.0kJ·mol-1
II: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1.0molCH4和2.0molH2O(g)通入容积为10L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下图。
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amol CO与3amol 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l/2,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 重新平衡减小
E.平衡常数K增大
(4)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。实验室用下图装置模拟上述过程:
①写出阳极电极反应式 。
②写出除去甲醇的离子方程式 。
本题答案:(1)CH4(g)+H2O(g)=CH3OH (g)+H2(
本题解析:
试题分析:(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
(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=0.03" 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。
(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。
(4)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+。
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+。
考点:本题考查热化学方程式、化学平衡图象、影响化学平衡因素、平衡常数与反应速率计算、原电池。
本题所属考点:【热化学方程式】
本题难易程度:【困难】
Better spare to have of thine own than ask of other men. 求人不如自己省.