甲醇可作为燃料电池的原料。以CH
4和H
2O为原料,通过下列反应来制备甲醇。
I:CH
4 ( g ) + H
2O ( g )=CO ( g ) + 3H
2 ( g ) △H =+206.0 kJ·mol
-1II:CO ( g ) + 2H
2 ( g )=CH
3OH ( g ) △H
=—129.0 kJ·mol
-1(1)CH
4(g)与H
2O(g)反应生成CH
3OH (g)和H
2(g)的热化学方程式为
。
(2)将1.0 mol CH
4和2.0 mol H
2O ( 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CH
4的转化率与温度的关系如右图。

①假设100 ℃时达到平衡所需的时间为5 min,则用H
2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 H
2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c ( H2 )/ c (CH3OH )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Co
2+氧化成Co
3+,然后以Co
3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO
2而净化。实验室用右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
。
③若右图装置中的电源为甲醇—空气—KOH溶液的燃料电池,则电池负极的电极反应式
,净化含1mol甲醇的水燃料电池需消耗KOH
mol。