Question

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

(1)工業上可以通過下列途徑獲得H2，其中節能效果最好的是___________。

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 H2，一定條件下發生反應;CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)，測得CO和CH3OH(g)的物質的量隨時間的變化如下圖所示。

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

②能夠判斷該反應達到平衡的是______。

A. CO、H2和CH3OH三種物質的濃度相等

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量不再改變

D. 相同時間內消耗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%，實際生產中制備水煤氣時還需使用CH4，則生產投料時，n(C):n(H2O):n(CH4)=__________。

(4)據報道，最近摩托羅拉公司研發了一種由甲醇和氧氣以及強堿做電解質溶液的新型手機電池，電量是現用鎳氫電池和鋰電池的10倍，可連續使用一個月才充電一次。假定放電過程中，甲醇完全氧化產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，如節約能源，可利用太陽能；

（2）①根據計算v（CO），再根據速率之比等于系數之比計算v（H2），根據三段式計算氫氣的體積分數；
②平衡標志是正逆反應速率相同，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，據此分析；

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

（1）通過不同途徑獲得H2，如節約能源，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===33.3%，故答案為：0.25mol/(Lmin)；33.3%；

②A. CO、H2和CH3OH三種物質的濃度相等不一定達到平衡，A項錯誤；

B. 反應前后質量不變，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. 密閉容器中質量不變，混合氣體的平均相對分子質量不再改變，說明總的物質的量不變，因該反應是氣體分子數減小的體系，故混合氣體的平均相對分子質量不再改變，能說明反應達到平衡，C項正確；

D. 相同時間內消耗l mol CO，同時消耗1molCH3OH，則正逆反應速率相等，能說明反應達到平衡，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，甲醇完全氧化產生的CO2被充分吸收生成CO32-，則該電池負極的電極反應式為CH3OH - 6e- + 8OH- =CO32-+6H2O；
（2）放電時，甲醇被氧化，為電池負極反應，氧氣在正極發生得電子的還原反應，其反應的總方程式為：2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O，可知整個過程中消耗OH-，電解質溶液pH將下降。