Question

【題目】甲醇(CH3OH)是重要的溶劑和替代燃料，工業(yè)上常以CO和H2的混合氣體為原料在一定條件下制備甲醇。

(1)工業(yè)上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H2:2 H2O2H2↑+ 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H2:2H2O2H2↑+ O2↑

(2)在2L的密閉容器中充入1mo1 CO和2mol H2，一定條件下發(fā)生反應(yīng);CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)，測得CO和CH3OH(g)的物質(zhì)的量隨時間的變化如下圖所示。

①從反應(yīng)開始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v(H2)=_____，平衡時氫氣的體積分數(shù)為____。

②能夠判斷該反應(yīng)達到平衡的是______。

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. 密閉容器中混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變

D. 相同時間內(nèi)消耗1mo1CO，同時消耗1mol CH3OH

(3)為使合成甲醇原料的原子利用率達到100%，實際生產(chǎn)中制備水煤氣時還需使用CH4，則生產(chǎn)投料時，n(C):n(H2O):n(CH4)=__________。

(4)據(jù)報道，最近摩托羅拉公司研發(fā)了一種由甲醇和氧氣以及強堿做電解質(zhì)溶液的新型手機電池，電量是現(xiàn)用鎳氫電池和鋰電池的10倍，可連續(xù)使用一個月才充電一次。假定放電過程中，甲醇完全氧化產(chǎn)生的二氧化碳被充分吸收生成CO32-。則該電池負極的電極反應(yīng)式為__________________，電池放電過程中溶液的pH將_____(填“下降”、“上升”或“不變”)。

Answer 1

【答案】D 0.25 molL-1min-1 33.3% CD 1：2：1 CH3OH - 6e- + 8OH- =CO32-+6H2O 下降

【解析】

（1）通過不同途徑獲得H2，如節(jié)約能源，可利用太陽能；

（2）①根據(jù)計算v（CO），再根據(jù)速率之比等于系數(shù)之比計算v（H2），根據(jù)三段式計算氫氣的體積分數(shù)；
②平衡標志是正逆反應(yīng)速率相同，各組分含量不變；

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

（4）放電時負極反應(yīng)為：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，正極電極反應(yīng)式：O2+2H2O+4e-=4OH-，電池反應(yīng)為2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O，據(jù)此分析作答。

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

（2）①從反應(yīng)開始到平衡，△n(CO)=1mol0.25mol=0.75mol，則v(CO)= =0.125mol/(Lmin)，由方程式的可知v(H2)=2v(CO)=2×0.125mol/(Lmin)=0.25mol/(Lmin)；

列出三段式如下：

，則氫氣的體積分數(shù)===33.3%，故答案為：0.25mol/(Lmin)；33.3%；

②A. CO、H2和CH3OH三種物質(zhì)的濃度相等不一定達到平衡，A項錯誤；

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，所以不一定達到平衡，B項錯誤；

C. 密閉容器中質(zhì)量不變，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變，說明總的物質(zhì)的量不變，因該反應(yīng)是氣體分子數(shù)減小的體系，故混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變，能說明反應(yīng)達到平衡，C項正確；

D. 相同時間內(nèi)消耗l mol CO，同時消耗1molCH3OH，則正逆反應(yīng)速率相等，能說明反應(yīng)達到平衡，D項正確；

故答案為：CD；

（3）為使合成甲醇原料的原子利用率達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；

（4）（1）放電過程中，甲醇完全氧化產(chǎn)生的CO2被充分吸收生成CO32-，則該電池負極的電極反應(yīng)式為CH3OH - 6e- + 8OH- =CO32-+6H2O；
（2）放電時，甲醇被氧化，為電池負極反應(yīng)，氧氣在正極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，其反應(yīng)的總方程式為：2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O，可知整個過程中消耗OH-，電解質(zhì)溶液pH將下降。