Question

【題目】甲醇（CH3OH）是重要的溶劑和替代燃料，工業(yè)常以CO和H2的混合氣體為原料一定條件下制備甲醇。

（1）甲醇與乙醇互為_______________；完全燃燒時，甲醇與同物質(zhì)的量的汽油（設(shè)平均組成為C8H18）消耗O2量之比為________。

（2）工業(yè)上常用“水煤氣法”獲得CO和H2，其反應(yīng)原理如下：

C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)

某水煤氣樣品中含0.2LCO、0.5LCO2，則該樣品中含H2__________L。

（3）工業(yè)上還可以通過下列途徑獲得H2，其中節(jié)能效果最好的是________。

A. 高溫分解水制取H2：2H2O2H2↑+ O2↑

B. 電解水制取H2：2H2O2H2↑+ O2↑

C. 甲烷與水反應(yīng)制取H2：CH4 + H2O3H2 + CO

D. 在光催化劑作用下，利用太陽能分解水制取H2：2H2O 2H2↑+ O2↑

（4）在2L的密閉容器中充入1molCO和2molH2，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)，測得CO和CH3OH(g)濃度變化如下圖所示。

① 從反應(yīng)開始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v(H2)=_______________mol·(L·min)—1。

反應(yīng)前后容器的壓強(qiáng)比為__________ ，平衡時氫氣的體積分?jǐn)?shù)為________________。

② 能夠判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡的是_______（填選項(xiàng)）。

A．CO、H2和CH3OH三種物質(zhì)的濃度相等

B．密閉容器中混合氣體的密度不再改變

C．CH3OH分解的速率和CH3OH生成的速率相等

D．相同時間內(nèi)消耗1 mol CO，同時消耗1 mol CH3OH

（5）為使合成甲醇原料的原子利用率達(dá)100%，實(shí)際生產(chǎn)中制備水煤氣時還使用CH4，則生產(chǎn)投料時，n(C)∶n(H2O)∶n(CH4)＝__________。

（6）據(jù)報(bào)道，最近摩托羅拉公司研發(fā)了一種由甲醇和氧氣以及強(qiáng)堿做電解質(zhì)溶液的新型手機(jī)電池，電量是現(xiàn)用鎳氫電池和鋰電池的10倍，可連續(xù)使用一個月才充電一次。假定放電過程中，甲醇完全氧化產(chǎn)生二氧化碳被充分吸收生成CO。寫出該電池負(fù)極電極反應(yīng)式_________。正極電極反應(yīng)式_________________。電池中放電過程中溶液pH將_____(填“下降”、“上升”或“不變”)。

Answer 1

【答案】 同系物 3︰25 1.2 D 0.25 2:1 33.3% CD 1：2：1 CH3OH - 6e- + 8OH- =CO32-+6H2O O2+4 e-+ 2H2O=4OH- 下降

【解析】(1)甲醇與乙醇結(jié)構(gòu)相似，二者分子式不同，互為同系物，甲醇(CH4O)與同物質(zhì)的量的汽油(設(shè)平均組成為C8H18)消耗O2量之比為(1+-)︰(8+)=3︰25；

(2)由反應(yīng)C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)可知，H2O中的H生成氫氣，O生成CO或二氧化碳，則產(chǎn)物中存在n(O)=n(H2)，可知n(H2)=n(CO)+2n(CO2)=0.2L+0.5L×2=1.2L；
(3)通過不同途徑獲得H2，如節(jié)約能源，可利用太陽能，題中其它選項(xiàng)消耗熱能、電能，不符合要求，故答案為D；

(4)① CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)

起始物質(zhì)的量(mol) 1 2 0

變化物質(zhì)的量(mol) 0.75 1.5 0.75

平衡物質(zhì)的量(mol) 0.25 0.5 0.75

從反應(yīng)開始到平衡時，氫氣的平均反應(yīng)速率v(H2)= =0.25mol·(L·min)—1；在恒溫恒容條件下，壓強(qiáng)與物質(zhì)的量成正比，則反應(yīng)前后容器的壓強(qiáng)比為(1+2)mol：(0.25+0.5+0.75)mol=3:1.5=2:1；平衡時氫氣的體積分?jǐn)?shù)為×100%=33.3%；

② A．根據(jù)CO、H2和CH3OH三種物質(zhì)的濃度相等時，無法判斷是平衡狀態(tài)，故A錯誤；

B．密閉容器中混合氣體的質(zhì)量和體積始終不變，混合氣體的密度始終是定值，無法判斷是平衡狀態(tài)，故B錯誤；C．CH3OH分解的速率和CH3OH生成的速率相等，說明正、逆反應(yīng)速率相等，是平衡狀態(tài)，故C正確；D．相同時間內(nèi)消耗1 mol CO，同時消耗1 mol CH3OH，說明正、逆反應(yīng)速率相等，是平衡狀態(tài)，故D正確；答案為CD；

(5)根據(jù)合成甲醇原料的原子利用率達(dá)100%，C+2H2O+CH4=2CH3OH，即n(C)∶n(H2O)∶n(CH4)＝1：2：1；

(6)放電過程中，甲醇完全氧化產(chǎn)生的CO2被充分吸收生成CO32-，則反應(yīng)的總方程式為2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O，其中放電時，甲醇被氧化，應(yīng)為電池負(fù)極反應(yīng)，電極反應(yīng)式為 CH3OH - 6e- + 8OH- =CO32-+6H2O，正極電極反應(yīng)式為O2+4 e-+ 2H2O=4OH-，由總反應(yīng)式2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O，可知消耗OH-，電解質(zhì)溶液pH降低。