Question

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

（2）工業(yè)上還可以通過下列途徑獲得H2，其中節(jié)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(yīng)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↑

（3）在2L的密閉容器中充入1molCO和2molH2，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)，測(cè)得CO和CH3OH(g)濃度變化如下圖所示。

① 從反應(yīng)開始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v(H2)=______mol·L-1·min—1。反應(yīng)前后容器的壓強(qiáng)比為________，平衡時(shí)氫氣的體積分?jǐn)?shù)為_________。

② 能夠判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡的是_______（填選項(xiàng)）。

A．CO、H2和CH3OH三種物質(zhì)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(shí)間內(nèi)消耗1 mol CO，同時(shí)消耗1 mol CH3OH

（4）為使合成甲醇原料的原子利用率達(dá)100%，實(shí)際生產(chǎn)中制備水煤氣時(shí)還使用CH4，則生產(chǎn)投料時(shí)，n(C)∶n(H2O)∶n(CH4)＝__________。

（5）據(jù)報(bào)道，最近摩托羅拉公司研發(fā)了一種由甲醇和氧氣以及強(qiáng)堿做電解質(zhì)溶液的新型手機(jī)電池，電量是現(xiàn)用鎳氫電池和鋰電池的10倍，可連續(xù)使用一個(gè)月才充電一次。假定放電過程中，甲醇完全氧化產(chǎn)生二氧化碳被充分吸收生成CO32-。寫出該電池負(fù)極電極反應(yīng)式__________________,正極電極反應(yīng)式________________________。

Answer 1

【答案】 同系物 3︰25 D 0.25 2:1 33.3% CD 1：2：1 CH3OH - 6e- + 8OH- =CO32-+6H2O O2+4 e-+ 2H2O=4OH-

【解析】(1)甲醇與乙醇結(jié)構(gòu)相似，為同系物，根據(jù)燃燒的通式(x+-)計(jì)算耗氧量；

(2)通過不同途徑獲得H2，如節(jié)約能源，可利用太陽能；

(3)①根據(jù)v=計(jì)算v(CO)，再根據(jù)速率之比等于系數(shù)之比計(jì)算v(H2)；應(yīng)前后容器的壓強(qiáng)比等于反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量之比；平衡時(shí)氫氣的體積分?jǐn)?shù)等于物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，據(jù)此計(jì)算；②平衡標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，各組分含量不變；

(4)為使合成甲醇原料的原子利用率達(dá)100%，即滿足n(C)：n(H)：n(O)=1：4：1，據(jù)此分析；

(5)甲醇和氧氣以及強(qiáng)堿做電解質(zhì)溶液的新型電池中甲醇被氧化為CO32-，因此電池負(fù)極上是甲醇被氧化的引發(fā),正極上是氧氣被還原的反應(yīng)，據(jù)此解答。

(1)甲醇與乙醇結(jié)構(gòu)相似，二者分子式不同，互為同系物，甲醇(CH4O)與同物質(zhì)的量的汽油(設(shè)平均組成為C8H18)消耗O2量之比為(1+-)：(8+)=3：25；故答案為：同系物；3：25；

(2)通過不同途徑獲得H2，如節(jié)約能源，可利用太陽能，題中其它選項(xiàng)消耗熱能、電能，不符合要求，故答案為：D；

(3)①從反應(yīng)開始到平衡，△n(CO)=1mol-0.25mol=0.75mol，則v(CO)==0.125mol/(L·min)，由方程式的可知v(H2)=2v(CO)=2×0.125mol/(L·min)=0.25mol/(L·min)，平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量為2mol-0.75mol×2=0.5mol，反應(yīng)前后容器的壓強(qiáng)比等于反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量之比==，平衡時(shí)氫氣的體積分?jǐn)?shù)等于物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)=×100%=33.3%，故答案為：0.25；；33.3%；

②A．CO、H2和CH3OH三種物質(zhì)的濃度相等不一定達(dá)到平衡，故A錯(cuò)誤；B．反應(yīng)前后質(zhì)量不變，體積也不變，則密閉容器中混合氣體的密度一直不變，所以不一定達(dá)到平衡，故B錯(cuò)誤；C．CH3OH分解的速率和CH3OH生成的速率相等，則正逆反應(yīng)速率相等，能說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故C正確；D．相同時(shí)間內(nèi)消耗lmolCO，同時(shí)消耗1molCH3OH，則正逆反應(yīng)速率相等，能說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故D正確；故答案為：CD；

(4)為使合成甲醇原料的原子利用率達(dá)100%，即滿足n(C)：n(H)：n(O)=1：4：1，所以n(C)：n(H2O)：n(CH4)=1：2：1，故答案為：1：2：1；

(5)甲醇在負(fù)極完全氧化生成CO32-，負(fù)極電極反應(yīng)式為CH3OH - 6e- + 8OH- =CO32-+6H2O,正極上氧氣被還原，電極反應(yīng)式為O2+4 e-+ 2H2O=4OH-，故答案為：CH3OH - 6e- + 8OH- =CO32-+6H2O；O2+4 e-+ 2H2O=4OH-。