Question

【题目】甲醇（CH3OH）的合成与应用具有广阔的发展前景。

Ⅰ．合成甲醇的部分工艺流程如下：

（1）甲烷与水蒸气反应制备合成甲醇的原料气CO、CO2和H2。CH4(g)＋H2O(g)＝CO(g)＋3H2(g) 、H ＝＋206.2 kJ·mol－1，CO(g) + H2O(g) ＝CO2(g) + H2(g)H ＝41.0 kJ·mol－1，甲烷与水蒸气反应生成CO2和H2的热化学方程式为________。

（2）在催化剂的作用下，200~300℃时，合成反应器内发生反应：ⅰ. CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)H＜0，ⅱ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g) + H2O(g)H＜0。

①一段时间内，记录合成反应器出、入口样品的温度，数据如图所示。曲线_________是合成反应器出口样品的温度。

②如果你是工程师，请对合成反应器中压强的控制提出建议并说明理由：_______。合成反应器中有少量的副反应，会生成二甲醚（CH3OCH3）、甲酸甲酯等。已知沸点：甲醇 64.7℃；二甲醚 -24.9℃；甲酸甲酯32.0℃。

③CO和H2生成二甲醚的化学方程式是_________。

④从合成反应器出来的产品经分离提纯可以得到甲醇，请简述该方法_______。

Ⅱ．下图为甲醇燃料电池的示意图。

（3）①负极的电极反应式是_______。

②质子交换膜材料的合成是燃料电池的核心技术。我国科研人员研发的一种质子交换膜材料的结构片段如下，它由三种单体缩聚而成。

已知：ROH + R’Cl → R—O—R’ + HCl，单体的结构简式是： 、 _____、___。

Answer 1

【答案】CH4(g) + 2H2O(g) ＝CO2(g) + 4H2(g) H ＝ +165.2kJ·mol－1 a 适当加压。加压能使该反应速率增大、原料转化率升高，也会增加设备和动力成本 2CO＋4H2 CH3OCH3+ H2O 降温冷凝得到液态甲醇粗品再蒸馏提纯 CH3OH－6e－＋H2O = CO2＋6H+ 或

【解析】

I、（1）应用盖斯定律写出热化学方程式；

（2）①两个反应都是放热反应，合成反应器出口样品的温度更高一些；

②两个反应都是气体体积减小的反应，从平衡的角度来看，高压更合适，但是压强高，意味着设备要好，这就需要加大成本的投入，因此需要适当加压；

③题中告知反应物和生成物，写完整方程式即可；

④题中给出了几个物质的沸点，甲醇的沸点较高，且和其他物质的沸点相差较大，可以通过降温冷凝的方法得到甲醇；

II、（3）①燃料电池的构造中有质子交换膜，则说明反应中产生H+，故负极电极反应为：CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+；

②结合题中给出的方程式分析即可。

I、（1）根据盖斯定律，将两个热化学方程式加起来得：CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g) H=+165.2kJ·mol-1；

（2）①两个反应都是放热反应，合成反应器出口样品的温度更高一些，故选a；

②两个反应都是气体体积减小的反应，从平衡的角度来看，增大压力，能使该反应速率增大、原料转化率升高，但是压强高，意味着设备要好，这就需要加大成本的投入，因此需要适当加压；

③CO和H2生成二甲醚的化学方程式为：2CO+4H2CH3OCH3+H2O；

④题中给出了几个物质的沸点，甲醇的沸点较高，且和其他物质的沸点相差较大，可以通过降温冷凝的方法得到甲醇粗品，再经过蒸馏提纯；

II、（3）①燃料电池的构造中有质子交换膜，则说明反应中产生H+，故负极电极反应为：CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+；

②结合题中给出的化学方程式，可以推出另外两种单体分别为：、或。