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) ΔH=206.0 kJ·
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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) ΔH=206.0 kJ·mol-1 Ⅱ:CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) ΔH=-129.0 kJ·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1.0 mol CH4和2.0 mol H2O(g)通入容积为100 L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右图。
![](http://img.shitiku.com.cn/uploads/allimg/20200110/20200110085128-63535.jpg) ①假设100 ℃时达到平衡所需的时间为5 min,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0.1 MPa、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 ,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:__________________________________________________。
![](http://img.shitiku.com.cn/uploads/allimg/20200110/20200110085129-36616.jpg) (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。实验室用如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__________________________________。 |
答案
(1)CH4(g)+H2O(g)=CH3OH(g)+H2(g) ΔH=77.0 kJ·mol-1 (2)①0.003 mol·L-1·min-1 ②2.25×10-4 (3)CD (4)CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O (5)Co2+-e-=Co3+ 6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+ |
解析
(1)写热化学方程式,注意聚集状态,目标反应可由反应Ⅰ、Ⅱ相加得到,计算出反应热。(2)计算速率和平衡常数时要注意容积的体积。计算H2的速率, 方法一:v(H2)=3v(CH4)=3× =0.003 mol·L-1·min-1, 方法二:根据“三行式” CH4(g)+ H2Og= CO(g)+3H2(g) n(始)/mol 1.0 2.0 0 0 n(变)/mol 0.5 0.5 0.5 1.5 n(平)/mol 0.5 1.5 0.5 1.5 v(H2)= = =0.003 mol·-1·min-1 K= = =2.25×10-4 (3)体积压缩为原来的一半,则浓度变为原来的2倍,平衡的移动是个“减弱”的过程,浓度比原平衡大,A错误。压强增大,正逆反应速率均增大,B错误。压强增大,平衡向正反应方向移动,C、D正确。平衡常数只与温度有关,E错误。(4)负极上甲醇反应,KOH为电解质,产物为CO32-,“三步书写”。(5)阳极发生氧化反应,Co2+生成Co3+。Co3+将甲醇氧化,生成Co2+和CO2,注意溶液呈酸性。 |
举一反三
CO无色无味有毒,世界各国每年均有不少人因CO中毒而失去生命。一种CO分析仪的工作原理如图所示,该装置中电解质为氧化钇—氧化钠,其中O2-可以在固体介质NASICON中自由移动。下列说法错误的是( )
![](http://img.shitiku.com.cn/uploads/allimg/20200110/20200110085126-86434.jpg) A.负极的电极反应式为CO+O2--2e-=CO2 | B.工作时电极b作正极,O2-由电极a流向电极b | C.工作时电子由电极a通过传感器流向电极b | D.传感器中通过的电流越大,尾气中CO的含量越高 |
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研究人员研制出一种锂水电池,可作为鱼雷和潜艇的储备电源。电池以金属锂和钢板为电极材料,LiOH为电解质,使用时加入水即可放电。关于该电池的说法正确的是( )A.钢板为正极,发生还原反应 | B.放电时电子的流向:正极→导线→负极 | C.放电时OH-向正极移动 | D.总反应为:2Li+2H+ 2Li++H2↑ |
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将如图所示实验装置的K闭合,下列判断正确的是( )
![](http://img.shitiku.com.cn/uploads/allimg/20200110/20200110085118-73827.jpg) A.Ag电极上发生氧化反应 | B.盐桥中N 向Zn电极移动 | C.电子沿Zn→a→b→Ag路径流动 | D.片刻后可观察到滤纸a点变蓝 |
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将洁净的金属片甲、乙、丙、丁分别放置在浸有某种盐溶液的滤纸上并压紧(如图所示)。在每次实验时,记录电压表指针的移动方向和电压表的读数如下表(已知构成两电极的金属其金属活泼性相差越大,电压表的读数越大:
![](http://img.shitiku.com.cn/uploads/allimg/20200110/20200110085115-94377.jpg)
金属
| 电子流动方向
| 电压/V
| 甲
| 甲→Cu
| +0.78
| 乙
| Cu→乙
| -0.25
| 丙
| 丙→Cu
| +1.35
| 丁
| 丁→Cu
| +0.30
| 依据记录数据判断,下列结论中正确的是( ) A.将甲、乙形成的合金露置在空气中,甲先被腐蚀 B.金属乙能从硫酸铜溶液中置换出铜 C.在四种金属中丙的还原性最弱 D.甲、丁若形成原电池时,甲为正极 |
某新型碱性可充电电池,能长时间保持稳定的放电电压。该电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH,以下说法错误的是( )A.电池放电是化学能转化成电能的过程 | B.放电时正极反应为:Fe +4H2O+3e- Fe(OH)3+5OH- | C.充电时电池的负极接外电源的正极 | D.充电时电解质溶液中的阴离子向阳极定向移动 |
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