Question

甲醇可作为燃料电池的原料．以CH4和H2O为原料，通过下列反应来制备甲醇．

Answer 1

解题思路：（1）100℃时达到平衡时，甲烷转化率为50%，结合化学平衡三段式列式计算平衡时各组分的物质的量；再根据v（H₂）=[△c/t]进行计算；

（2）其他条件不变，平衡后将容器的容积压缩到原来的[1/2]，压强增大，正、逆反应速率都增大，但正反应速率增大更多，平衡向正反应方向移动，生成物的浓度增大，由于温度不变，则平衡常数不变，结合平衡常数可知，平衡时反应物各组分的浓度都增大，据此分析解答；

（3）负极发生氧化反应，则负极带正电，故OH^-向负极移动；正极发生还原反应，氧气在正极得到电子；

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⁺，原子守恒与电荷守恒可知，还原生成H⁺，配平书写为：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺；再根据关系式CH₃OH～6e^-进行计算．

（1）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

则v（H₂）=

1.5mol

100L

5min=0.003 mol•L^-1•min^-1，

故答案为：0.003 mol•L^-1•min^-1；

（2）A．平衡常数只受温度影响，温度不变，平衡常数不变，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

c(H2)

c(CH3OH)减小，故D正确；

故答案为：CD；

（3）正极发生还原反应，氧气在正极得到电子，电极反应式为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，负极发生氧化反应，故负极带正电，故OH^-向负极移动；

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⁺；由CH₃OH～6e^-可知：净化含1mol甲醇的水，燃料电池转移6mol电子，

故答案为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，负，6，6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．

点评：

本题考点： 反应速率的定量表示方法；化学电源新型电池；化学平衡的影响因素．

考点点评： 本题考查热化学方程式书写、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、原电池等，题目难度较大．