Question

【題目】甲醇CH3OH)是一種重要的化工原料，工業(yè)上有多種方法可制得甲醇成品

(一)以CO、H2和CO2制備甲醇

①CO2(g)+H2(g) COg)+H2O(g) H1

②CO(g)+2H2 (g) CH3OH(g) △H2

③CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) H3

（1）已知:反應(yīng)①的化學(xué)平衡常數(shù)K和溫度的關(guān)系如下表

t/℃	700	800	830	1000	1200
K	0.6	0.9	1.0	1.7	2.6

則下列說法正確的是______

A.反應(yīng)①正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)

B.一定體積的密閉容器中，壓強不再變化時，說明反應(yīng)①達到平衡狀態(tài)

C.1100℃時，反應(yīng)①的K可能為1.5

D.在1000℃時，[c(CO2)·c(H2)]/[c(CO)·c(H2O)]約為0.59

（2）比較△H2_____△H3(填“>”、“＝”或“＜”)

（3）現(xiàn)利用②和③兩個反應(yīng)合成CH3OH，已知CO可使反應(yīng)的催化劑壽命下降若氫碳比表示為f＝[n(H2)-n(CO2)]/[n(CO)+n(CO2)]，則理論上f＝_____時，原料氣的利用率高，但生產(chǎn)中住往采用略高于該值的氯碳比，理由是_________________________________.

(二)以天然氣為原料，分為兩階段制備甲醇:

(i)制備合成氣:CH4(g)+H2Og) CO(g)+3H2(g) H1>0

(ii)合成甲醇:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) H2>0

在一定壓強下，1 mol CH4(g)和1 mol H2O(g)在三種不同催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)(i)，經(jīng)歷相同時間時，CO的物質(zhì)的量(n)隨溫度變化的關(guān)系如圖1

（1）下列說法正確的是_______

A.曲線①中n(CO)隨溫度變化的原因是正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向右移動

B.三種催化劑中，催化劑③的催化效果最好，所以能獲得最高的產(chǎn)率

C.當溫度低于700℃時的曲線上的點可能都沒有到達平衡

D.若溫度大于700℃時，CO的物質(zhì)的量保持不變

（2）500℃時，反應(yīng)(1)在催化劑①的作用下到10mim時達到平衡，請在圖2中畫出反應(yīng)（1）在此狀態(tài)下0至12分鐘內(nèi)反應(yīng)體系中H2的體積分數(shù)(H2)隨時間t變化的總趨勢___________________

（三）研究表明，CO也可在酸性條件下通過電化學(xué)的方法制備甲醇，原理如圖3所示。

（1）產(chǎn)生甲醇的電極反應(yīng)式為___________________；

（2）甲醇燃料電池應(yīng)用很廣，其工作原理如圖4，寫出電池工作時的負極反應(yīng)式:___________。

Answer 1

【答案】AD ＜ 2 使CO充分反應(yīng)，避免反應(yīng)催化劑壽命下降 C CO+4H++4 e-= CH3OH CH3OH+H2O－6e-=CO2+6H+

【解析】

(一)（1）根據(jù)表格數(shù)據(jù)，溫度越高，平衡常數(shù)越大，說明反應(yīng)向正反應(yīng)移動，正反應(yīng)為吸熱，A正確；反應(yīng)①CO2(g)+H2(g) COg)+H2O(g)是反應(yīng)前后氣體體積不變的體系，壓強不影響平衡移動，B錯誤；1000℃時K為1.7，溫度越高，平衡常數(shù)越大，1100℃時K>1.7，C錯誤；在1000℃時，[c(CO2)·c(H2)]/[c(CO)·c(H2O)]為K的倒數(shù)，約為0.59，D正確；答案為AD。

（2）隨溫度升高K1增大，說明反應(yīng)①的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，△H1>0，蓋斯定律計算得到△H3=△H1+△H2,則△H2<△H3。

（3）由①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)化學(xué)方程式可知=2，原料氣的利用率最高，但生產(chǎn)中往往采用略高于該值的氫碳比，理由：使CO充分反應(yīng)，避免反應(yīng)催化劑壽命下降，故答案為：2；使CO充分反應(yīng)，避免反應(yīng)催化劑壽命下降；

(二) （1）曲線①中n(CO)隨溫度升高而增大，反應(yīng)逆向進行，正反應(yīng)為放熱，A錯；催化劑③的使用時n(CO)變化量少，即CO轉(zhuǎn)化率低，產(chǎn)率也不高，B錯；當體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量保持不變時，反應(yīng)平衡，根據(jù)圖象，曲線上的點在不停地變化，反應(yīng)沒有達到平衡，C正確；溫度大于700℃時，CO的物質(zhì)的量曲線未畫出，不一定保持不變，D錯誤。答案選C。

（2）根據(jù)圖一中CO的物質(zhì)的量曲線及反應(yīng)中H2生成和消耗的計量關(guān)系，0至12分鐘內(nèi)反應(yīng)體系中生成物H2的體積分數(shù)(H2)隨時間t變化的總趨勢為

（三）（1）CO也可在酸性條件下通過電化學(xué)的方法制備甲醇，據(jù)圖3可知，一氧化碳得電子生成甲醇，則產(chǎn)生甲醇的電極反應(yīng)式為CO+4H++4 e-= CH3OH；

（2）據(jù)圖4可知，正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水,電極反應(yīng)式為：3O2+12H++12e=6H2O,負極上甲醇失電子和水反應(yīng)生成二氧化碳和氫離子,電極反應(yīng)式為2CH3OH12e+2H2O=2CO2↑+12H+,故答案為：CH3OH6e+H2O=CO2↑+6H+；