精选问答
甲醇是一种重要的化工原料．甲醇与水蒸气催化重整可获得清洁能源，具有广泛的应用前景．现有如下实验，在体积为1L的密闭容器中，充入1mol CH3OH和1molH2O，一定条件下发生反应：CH3OH （g）+H2O （g）⇌CO2（g）+3H2（g），测得CO2和CH3OH（g）的浓度随时间变化如下表所示．       时间物质0min10min30min60min70minCO2（mol/L）00.20.60

2019-11-28

甲醇是一种重要的化工原料．
甲醇与水蒸气催化重整可获得清洁能源，具有广泛的应用前景．现有如下实验，在体积为1L的密闭容器中，充入1mol CH3OH和1molH2O，一定条件下发生反应：CH3OH （g）+H2O （g）⇌CO2（g）+3H2（g），测得CO2和CH3OH（g）的浓度随时间变化如下表所示．
       时间
物质		0min10min30min60min70min
CO2（mol/L）00.20.60.80.8
CH3OH（mol/L）1.00.80.40.20.2
（1）已知：CH3OH （g）+
1
2
O2 （g）⇌CO2（g）+2H2（g）H1=-192.9kJ/mol   K1
H2（g）+
1
2
O2（g）⇌H2O（g）H2=-120.9kJ/mol   K2
则甲醇与水蒸气催化重整反应的焓变△H3=______，甲醇与水蒸气催化重整反应的平衡常数K3=
K1
K2
K1
K2
（用K1、K2表示）
（2）10～30min内，氢气的平均反应速率v（H2）=______．
（3）下列措施中能使平衡时n（CH3OH）/n（CO2）减小的是（双选）______．
A．加入催化剂               B．恒容充入He（g），使体系压强增大
C．将H2（g）从体系中分离     D．再充入1molH2O（g）
（4）根据题目有关信息，请在坐标图中标示出该甲醇与水蒸气催化重整反应过程的能量变化（标明信息）．
（5）以甲醇、空气、氢氧化钾溶液为原料，石墨为电极可构成燃料电池．已知该燃料电池的总反应式为：2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O，该电池中负极上的电极反应式是：2CH3OH-12e-+16OH-=2CO32-+12H2O，则正极上发生的电极反应为：______．
优质解答
（1）①CH3OH （g）+
1
2
O2 （g）⇌CO2（g）+2H2（g）H1=-192.9kJ/mol   K1
②H2（g）+
1
2
O2（g）⇌H2O（g）H2=-120.9kJ/mol   K2
结合盖斯定律计算①-②得到甲醇与水蒸气催化重整反应的热化学方程式为：CH3OH （g）+H2O （g）⇌CO2（g）+3H2（g），△H3=-72KJ/mol；
K1=
c(CO2)c2(H2)
c(CH3OH)c
1
2
(O2)

K2=
c(H2O)
c(H2)c
1
2
(O2)

K3=
c(CO2)c3(H2)
c(CH3OH)c(H2O)
=
K1
K2
；
故答案为：-72.0kJ/mol； K3=
K1
K2
； 
（2）10～30min内，二氧化碳的反应速率v（CO2）=
0.6mol/L−0.2mol/L
30min−10min
=0.02mol/L•min，氢气的平均反应速率v（H2）=3v（CO2）=0.06mol/L•min；
故答案为：0.06 mol/（L•min）；
（3）CH3OH （g）+H2O （g）⇌CO2（g）+3H2（g），反应是气体体积增大的反应；
A、加入催化剂，平衡向不发生移动，甲醇与二氧化碳的物质的量比值不变，故A错误；
B、恒容充入He（g），使体系压强增大，分压不变，对反应物质没有影响，平衡不移动，二者比值不变，故B错误；
C、将H2（g）从体系中分离，生成物的浓度减小，平衡向正反应方向移动，二者比值变大，故C正确；
D、再充入1mol H2O，平衡向正方向移动，甲醇浓度增大，二者比值增大，故D正确．
故答案为：CD；
（4）该反应放热，生成物的总能量小于反应物的总能量，△H＜O，图象为：；
故答案为：；

（5）燃料电池的总反应式为：2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O，负极上的电极反应式是：2CH3OH-12e-+16OH-=2CO32-+12H2O，两式相减，正极上的电极反应式是：3O2+12H2O+12e-=12OH-，所以正极上发生的电极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-；
故答案为：O2+2H2O+4e-=4OH-； （1）①CH3OH （g）+
1
2
O2 （g）⇌CO2（g）+2H2（g）H1=-192.9kJ/mol   K1
②H2（g）+
1
2
O2（g）⇌H2O（g）H2=-120.9kJ/mol   K2
结合盖斯定律计算①-②得到甲醇与水蒸气催化重整反应的热化学方程式为：CH3OH （g）+H2O （g）⇌CO2（g）+3H2（g），△H3=-72KJ/mol；
K1=
c(CO2)c2(H2)
c(CH3OH)c
1
2
(O2)

K2=
c(H2O)
c(H2)c
1
2
(O2)

K3=
c(CO2)c3(H2)
c(CH3OH)c(H2O)
=
K1
K2
；
故答案为：-72.0kJ/mol； K3=
K1
K2
； 
（2）10～30min内，二氧化碳的反应速率v（CO2）=
0.6mol/L−0.2mol/L
30min−10min
=0.02mol/L•min，氢气的平均反应速率v（H2）=3v（CO2）=0.06mol/L•min；
故答案为：0.06 mol/（L•min）；
（3）CH3OH （g）+H2O （g）⇌CO2（g）+3H2（g），反应是气体体积增大的反应；
A、加入催化剂，平衡向不发生移动，甲醇与二氧化碳的物质的量比值不变，故A错误；
B、恒容充入He（g），使体系压强增大，分压不变，对反应物质没有影响，平衡不移动，二者比值不变，故B错误；
C、将H2（g）从体系中分离，生成物的浓度减小，平衡向正反应方向移动，二者比值变大，故C正确；
D、再充入1mol H2O，平衡向正方向移动，甲醇浓度增大，二者比值增大，故D正确．
故答案为：CD；
（4）该反应放热，生成物的总能量小于反应物的总能量，△H＜O，图象为：；
故答案为：；

（5）燃料电池的总反应式为：2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O，负极上的电极反应式是：2CH3OH-12e-+16OH-=2CO32-+12H2O，两式相减，正极上的电极反应式是：3O2+12H2O+12e-=12OH-，所以正极上发生的电极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-；
故答案为：O2+2H2O+4e-=4OH-；
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