Question

【題目】甲醇（CH3OH）是重要的溶劑和替代燃料，工業常以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，甲醇與同物質的量的汽油（設平均組成為C8H18）消耗O2量之比為________。

（2）工業上常用“水煤氣法”獲得CO和H2，其反應原理如下：

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）工業上還可以通過下列途徑獲得H2，其中節能效果最好的是________。

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2molH2，一定條件下發生反應：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)，測得CO和CH3OH(g)濃度變化如下圖所示。

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

反應前后容器的壓強比為__________ ，平衡時氫氣的體積分數為________________。

② 能夠判斷該反應達到平衡的是_______（填選項）。

A．CO、H2和CH3OH三種物質的濃度相等

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100%，實際生產中制備水煤氣時還使用CH4，則生產投料時，n(C)∶n(H2O)∶n(CH4)＝__________。

（6）據報道，最近摩托羅拉公司研發了一種由甲醇和氧氣以及強堿做電解質溶液的新型手機電池，電量是現用鎳氫電池和鋰電池的10倍，可連續使用一個月才充電一次。假定放電過程中，甲醇完全氧化產生二氧化碳被充分吸收生成CO。寫出該電池負極電極反應式_________。正極電極反應式_________________。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)甲醇與乙醇結構相似，二者分子式不同，互為同系物，甲醇(CH4O)與同物質的量的汽油(設平均組成為C8H18)消耗O2量之比為(1+-)︰(8+)=3︰25；

(2)由反應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，如節約能源，可利用太陽能，題中其它選項消耗熱能、電能，不符合要求，故答案為D；

(4)① CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)

起始物質的量(mol) 1 2 0

變化物質的量(mol) 0.75 1.5 0.75

平衡物質的量(mol) 0.25 0.5 0.75

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

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

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

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

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