Question

【题目】甲醇CH3OH)是一种重要的化工原料，工业上有多种方法可制得甲醇成品

(一)以CO、H2和CO2制备甲醇

①CO2(g)+H2(g) COg)+H2O(g) H1

②CO(g)+2H2 (g) CH3OH(g) △H2

③CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) H3

（1）已知:反应①的化学平衡常数K和温度的关系如下表

t/℃	700	800	830	1000	1200
K	0.6	0.9	1.0	1.7	2.6

则下列说法正确的是______

A.反应①正反应是吸热反应

B.一定体积的密闭容器中，压强不再变化时，说明反应①达到平衡状态

C.1100℃时，反应①的K可能为1.5

D.在1000℃时，[c(CO2)·c(H2)]/[c(CO)·c(H2O)]约为0.59

（2）比较△H2_____△H3(填“>”、“＝”或“＜”)

（3）现利用②和③两个反应合成CH3OH，已知CO可使反应的催化剂寿命下降若氢碳比表示为f＝[n(H2)-n(CO2)]/[n(CO)+n(CO2)]，则理论上f＝_____时，原料气的利用率高，但生产中住往采用略高于该值的氯碳比，理由是_________________________________.

(二)以天然气为原料，分为两阶段制备甲醇:

(i)制备合成气:CH4(g)+H2Og) CO(g)+3H2(g) H1>0

(ii)合成甲醇:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) H2>0

在一定压强下，1 mol CH4(g)和1 mol H2O(g)在三种不同催化剂作用下发生反应(i)，经历相同时间时，CO的物质的量(n)随温度变化的关系如图1

（1）下列说法正确的是_______

A.曲线①中n(CO)随温度变化的原因是正反应为吸热反应，升高温度，平衡向右移动

B.三种催化剂中，催化剂③的催化效果最好，所以能获得最高的产率

C.当温度低于700℃时的曲线上的点可能都没有到达平衡

D.若温度大于700℃时，CO的物质的量保持不变

（2）500℃时，反应(1)在催化剂①的作用下到10mim时达到平衡，请在图2中画出反应（1）在此状态下0至12分钟内反应体系中H2的体积分数(H2)随时间t变化的总趋势___________________

（三）研究表明，CO也可在酸性条件下通过电化学的方法制备甲醇，原理如图3所示。

（1）产生甲醇的电极反应式为___________________；

（2）甲醇燃料电池应用很广，其工作原理如图4，写出电池工作时的负极反应式:___________。

Answer 1

【答案】AD ＜ 2 使CO充分反应，避免反应催化剂寿命下降 C CO+4H++4 e-= CH3OH CH3OH+H2O－6e-=CO2+6H+

【解析】

(一)（1）根据表格数据，温度越高，平衡常数越大，说明反应向正反应移动，正反应为吸热，A正确；反应①CO2(g)+H2(g) COg)+H2O(g)是反应前后气体体积不变的体系，压强不影响平衡移动，B错误；1000℃时K为1.7，温度越高，平衡常数越大，1100℃时K>1.7，C错误；在1000℃时，[c(CO2)·c(H2)]/[c(CO)·c(H2O)]为K的倒数，约为0.59，D正确；答案为AD。

（2）随温度升高K1增大，说明反应①的正反应为吸热反应，△H1>0，盖斯定律计算得到△H3=△H1+△H2,则△H2<△H3。

（3）由①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)化学方程式可知=2，原料气的利用率最高，但生产中往往采用略高于该值的氢碳比，理由：使CO充分反应，避免反应催化剂寿命下降，故答案为：2；使CO充分反应，避免反应催化剂寿命下降；

(二) （1）曲线①中n(CO)随温度升高而增大，反应逆向进行，正反应为放热，A错；催化剂③的使用时n(CO)变化量少，即CO转化率低，产率也不高，B错；当体系中各物质的物质的量保持不变时，反应平衡，根据图象，曲线上的点在不停地变化，反应没有达到平衡，C正确；温度大于700℃时，CO的物质的量曲线未画出，不一定保持不变，D错误。答案选C。

（2）根据图一中CO的物质的量曲线及反应中H2生成和消耗的计量关系，0至12分钟内反应体系中生成物H2的体积分数(H2)随时间t变化的总趋势为

（三）（1）CO也可在酸性条件下通过电化学的方法制备甲醇，据图3可知，一氧化碳得电子生成甲醇，则产生甲醇的电极反应式为CO+4H++4 e-= CH3OH；

（2）据图4可知，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水,电极反应式为：3O2+12H++12e=6H2O,负极上甲醇失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子,电极反应式为2CH3OH12e+2H2O=2CO2↑+12H+,故答案为：CH3OH6e+H2O=CO2↑+6H+；