Question

【題目】甲醇是一種常見的燃料，也是重要的基礎化工原料。回答下列問題：

（1）采用甲醇氣相氨化法可制得二甲胺。

已知：2CH3OH(g)＋3O2(g) 2CO2(g)＋4H2O(g) H1＝-3122kJ/mol

4NH3(g)＋3O2(g) 2N2(g)＋6H2O(g) H2＝-472 kJ/mol

4(CH3)2NH(g)＋15O2(g) 8CO2(g)＋14H2O(g)＋2N2(g) H3＝-7492 kJ/mol

則制備二甲胺反應2CH3OH(g)＋NH3(g) (CH3)2NH(g)＋2H2O(g)的H＝_____ kJ/mol。

（2）一定條件下，甲醇氣相氨化法原料氣中c(CH3OH):c(NH3)分別為1:1、2:1、3:1時，NH3的平衡轉化率隨溫度變化的關系如圖：

①代表原料氣中c(CH3OH):c(NH3)＝1:1的曲線是________。

②一定溫度下，控制原料氣中c(CH3OH):c(NH3)＝3:1，能增大NH3平衡轉化率的措施是_______。

③溫度為443K時，按c(CH3OH):c(NH3)＝2:1投料，若NH3的起始濃度為2mol/L，則反應達到平衡時，(CH3)2NH的體積分數為_______，該溫度下的化學平衡常數為________ 。

（3）甲醇可通過電化學方法由甲烷直接制得，裝置如下圖所示，電解生成CH3OH的過程分為3步：

①通電時，氯離子先轉化為高活性的原子氯（Cl·）；

②Cl·與吸附在電極上的CH4反應生成HCl和CH3Cl；

③在堿性電解液中，CH3Cl轉化為目標產物CH3OH。

步驟①的電極反應式為__________，步驟③的離子方程式為__________，維持電流強度為1.5A，裝置工作2小時，理論上可制得CH3OH的質量為________g。（已知F＝96500C/mol，不考慮氣體溶解等因素）

Answer 1

【答案】-1367 c 及時移去產物 8.3%或 或0.037 Cl－－e－= Cl· CH3Cl＋OH－=CH3OH＋Cl－ 1.8

【解析】

(1)已知：

a．2CH3OH(g)＋3O2(g) 2CO2(g)＋4H2O(g) H1＝-3122 kJ/mol；

b．4NH3(g)＋3O2(g) 2N2(g)＋6H2O(g) H2＝-472 kJ/mol；

c．4(CH3)2NH(g)＋15O2(g) 8CO2(g)＋14H2O(g)＋2N2(g) H3＝-7492 kJ/mol；

根據蓋斯定律a+b-c可得反應2CH3OH(g)＋NH3(g) (CH3)2NH(g)＋2H2O(g) 的H＝-3122 kJ/mol+×(-472 kJ/mol)-×(-7492 kJ/mol)= -1367 kJ/mol；

(2)①假設氨氣的濃度不變，改變甲醇的濃度，則甲醇的濃度越大，相同條件下，氨氣的轉化率越高，所以題目所給三種投料比中，當c(CH3OH):c(NH3)為1:1時，氨氣的轉化率最小，即曲線c代表c(CH3OH):c(NH3)＝1:1；

②溫度一定，投料比一定，該反應前后氣體系數之和相同，即壓強不影響平衡，所以需要及時移去產物，使平衡正向移動，可以增大氨氣的轉化率；

③根據第①題可知c(CH3OH):c(NH3)＝2:1投料時轉化率對應的曲線為b，則443K為氨氣的平衡轉化率為25%，起始濃度c(NH3)=2mol/L，則c(CH3OH)=4mol/L，列三段式有：

恒容密閉容器中體積分數和濃度占比相等，所以(CH3)2NH的體積分數為=8.3%(或)；平衡常數K==或0.037；

(3)步驟①中Cl-轉化為Cl·，Cl-需要失去電子，所以為陽極，電極反應式為Cl－－e－= Cl·；③在堿性電解液中，CH3Cl轉化為目標產物CH3OH根據元素守恒可得離子方程式為：CH3Cl＋OH－= CH3OH＋Cl－；維持電流強度為1.5A，電解2小時，時間為7200s，F=96500Cmol-1，則轉移電子mol，左側電極生成甲醇的過程存在數量關系：CH4~2Cl·~CH3Cl~CH3OH~2e-，所以生成的甲醇的物質的量為()mol，質量為()mol×32g/mol=1.8g。