Question

【题目】甲醇（CH3OH）是重要的溶剂和替代燃料，工业常以CO和H2的混合气体为原料一定条件下制备甲醇。

（1）甲醇与乙醇互为_______________；完全燃烧时，甲醇与同物质的量的汽油（设平均组成为C8H18）消耗O2量之比为________。

（2）工业上常用“水煤气法”获得CO和H2，其反应原理如下：

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

某水煤气样品中含0.2LCO、0.5LCO2，则该样品中含H2__________L。

（3）工业上还可以通过下列途径获得H2，其中节能效果最好的是________。

A. 高温分解水制取H2：2H2O2H2↑+ O2↑

B. 电解水制取H2：2H2O2H2↑+ O2↑

C. 甲烷与水反应制取H2：CH4 + H2O3H2 + CO

D. 在光催化剂作用下，利用太阳能分解水制取H2：2H2O 2H2↑+ O2↑

（4）在2L的密闭容器中充入1molCO和2molH2，一定条件下发生反应：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)，测得CO和CH3OH(g)浓度变化如下图所示。

① 从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v(H2)=_______________mol·(L·min)—1。

反应前后容器的压强比为__________ ，平衡时氢气的体积分数为________________。

② 能够判断该反应达到平衡的是_______（填选项）。

A．CO、H2和CH3OH三种物质的浓度相等

B．密闭容器中混合气体的密度不再改变

C．CH3OH分解的速率和CH3OH生成的速率相等

D．相同时间内消耗1 mol CO，同时消耗1 mol CH3OH

（5）为使合成甲醇原料的原子利用率达100%，实际生产中制备水煤气时还使用CH4，则生产投料时，n(C)∶n(H2O)∶n(CH4)＝__________。

（6）据报道，最近摩托罗拉公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池，电量是现用镍氢电池和锂电池的10倍，可连续使用一个月才充电一次。假定放电过程中，甲醇完全氧化产生二氧化碳被充分吸收生成CO。写出该电池负极电极反应式_________。正极电极反应式_________________。电池中放电过程中溶液pH将_____(填“下降”、“上升”或“不变”)。

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)甲醇与乙醇结构相似，二者分子式不同，互为同系物，甲醇(CH4O)与同物质的量的汽油(设平均组成为C8H18)消耗O2量之比为(1+-)︰(8+)=3︰25；

(2)由反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)可知，H2O中的H生成氢气，O生成CO或二氧化碳，则产物中存在n(O)=n(H2)，可知n(H2)=n(CO)+2n(CO2)=0.2L+0.5L×2=1.2L；
(3)通过不同途径获得H2，如节约能源，可利用太阳能，题中其它选项消耗热能、电能，不符合要求，故答案为D；

(4)① CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)

起始物质的量(mol) 1 2 0

变化物质的量(mol) 0.75 1.5 0.75

平衡物质的量(mol) 0.25 0.5 0.75

从反应开始到平衡时，氢气的平均反应速率v(H2)= =0.25mol·(L·min)—1；在恒温恒容条件下，压强与物质的量成正比，则反应前后容器的压强比为(1+2)mol：(0.25+0.5+0.75)mol=3:1.5=2:1；平衡时氢气的体积分数为×100%=33.3%；

② A．根据CO、H2和CH3OH三种物质的浓度相等时，无法判断是平衡状态，故A错误；

B．密闭容器中混合气体的质量和体积始终不变，混合气体的密度始终是定值，无法判断是平衡状态，故B错误；C．CH3OH分解的速率和CH3OH生成的速率相等，说明正、逆反应速率相等，是平衡状态，故C正确；D．相同时间内消耗1 mol CO，同时消耗1 mol CH3OH，说明正、逆反应速率相等，是平衡状态，故D正确；答案为CD；

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

(6)放电过程中，甲醇完全氧化产生的CO2被充分吸收生成CO32-，则反应的总方程式为2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O，其中放电时，甲醇被氧化，应为电池负极反应，电极反应式为 CH3OH - 6e- + 8OH- =CO32-+6H2O，正极电极反应式为O2+4 e-+ 2H2O=4OH-，由总反应式2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O，可知消耗OH-，电解质溶液pH降低。