Question

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

（2）工業上還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H2：2H2O2H2↑+ 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H2：2H2O 2H2↑+ O2↑

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

① 從反應開始到平衡，氫氣的平均反應速率v(H2)=______mol·L-1·min—1。反應前后容器的壓強比為________，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_______（填選項）。

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．CH3OH分解的速率和CH3OH生成的速率相等

D．相同時間內消耗1 mol CO，同時消耗1 mol CH3OH

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

（5）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，甲醇完全氧化產生二氧化碳被充分吸收生成CO32-。寫出該電池負極電極反應式__________________,正極電極反應式________________________。

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)甲醇與乙醇結構相似，為同系物，根據燃燒的通式(x+-)計算耗氧量；

(2)通過不同途徑獲得H2，如節約能源，可利用太陽能；

(3)①根據v=計算v(CO)，再根據速率之比等于系數之比計算v(H2)；應前后容器的壓強比等于反應前后氣體的物質的量之比；平衡時氫氣的體積分數等于物質的量分數，據此計算；②平衡標志是正逆反應速率相同，各組分含量不變；

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

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

(1)甲醇與乙醇結構相似，二者分子式不同，互為同系物，甲醇(CH4O)與同物質的量的汽油(設平均組成為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；

(3)①從反應開始到平衡，△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)，平衡時氫氣的物質的量為2mol-0.75mol×2=0.5mol，反應前后容器的壓強比等于反應前后氣體的物質的量之比==，平衡時氫氣的體積分數等于物質的量分數=×100%=33.3%，故答案為：0.25；；33.3%；

②A．CO、H2和CH3OH三種物質的濃度相等不一定達到平衡，故A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，故B錯誤；C．CH3OH分解的速率和CH3OH生成的速率相等，則正逆反應速率相等，能說明反應達到平衡，故C正確；D．相同時間內消耗lmolCO，同時消耗1molCH3OH，則正逆反應速率相等，能說明反應達到平衡，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)甲醇在負極完全氧化生成CO32-，負極電極反應式為CH3OH - 6e- + 8OH- =CO32-+6H2O,正極上氧氣被還原，電極反應式為O2+4 e-+ 2H2O=4OH-，故答案為：CH3OH - 6e- + 8OH- =CO32-+6H2O；O2+4 e-+ 2H2O=4OH-。